12.5. Мікропроцесори фірми Intel
Перший мікропроцесор був створений американцем Т.Хоффом в 1971 році (фірма Intel). Його тактова частота дорівнювала 108 Кгц (!), тобто більш як в 10000 разів менша ніж у сучасних комп’ютерів. Справжня зіркова історія мікропроцесорів почалася з початку 80-тих років зі створення мікропроцесорів 8086 і 8088 (перше покоління мікропроцесорів Intel).
Тед Хофф (нар. в 1937р.) ‒
американський вчений , один з піонерів мікропроцесорної техніки, винахідник першого в світі мікропроцесора.
Первый микропроцессор корпорации Intel, 4004 был четырехбитовым, то есть он мог хранить, обрабатывать и записывать в память или считывать из нее четырехбитовые числа, предназначался данный микропроцессор для калькуляторов. Чип 4004 оказался средством более мощным чем лучший в мире компьютер того времени - ENIAC. 4004 мог обрабатывать 60000 инструкций в секунду, в сравнении с 5000 инструкций ENIAC, при этом чип легко умещался на кончике пальца - размер его не превышал 1/6 на 1/8 дюйма. 4004 стал поистине революционным изобретением, открывшем путь к созданию искусственных интеллектуальных систем вообще и персонального компьютера в частности.
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 12.6. Мікропроцесор 4004 і Pentium
За годы существования технологии микропроцессоров было разработано множество различных их архитектур.).Большинство процессоров, используемых в настоящее время, являются Intel-совместимыми, то есть имеют набор инструкций и интерфейсы, как процессоры компании Intel.
Наиболее популярные процессоры сегодня производят фирмы Intel, AMD и IBM.По данным агентства iSuppli, Intel имеет по итогам 2008 долю на рынке в 80,5 % (в 2007‒ 78,9 %), AMD ‒ 12 % (13,1 %), все остальные ‒ 7,5 % (7,9 %).
Процессор Pentium стал одним из главных достижений фирмы Intel. Разработка процессора Pentium началась еще с июня 1989 года, в 1993 года рбота завершилась широкой презентацией Pentium процессора.
Объединяя более чем 3.1 миллион транзисторов на одной кремниевой подложке, 32-разрядный Pentium-процессор характеризуется высокой производительностью. Суперскалярная архитектура Pentium-процессора представляет собой двухконвейерную архитектуру, позволяющую процессору достигать новых уровней производительности посредством выполнения более чем одной команды за один период тактовой частоты. Процессор Pentium научил компьютеры работать с атрибутами "реального мира" ‒ такими, как звук, голосовая и письменная речь, фотоизображения.
Процессор Pentium Pro, разрабатывался как мощное средство наращивания быстродействия 32-разрядных приложений для серверов и рабочих станций, систем автоматизированного проектирования, программных пакетов, используемых в машиностроении и научной работе. Все процессоры Pentium Pro оснащаются второй микросхемой кэш-памяти, еще больше увеличивающей быстродействие. Мощнейший процессор Pentium Pro насчитывает 5,5 миллионов транзисторов.
Процессор Pentium 4
Технологический процесс: 0,18 мкм (1,40 и 1,50 ГГц)
Представлен 20 ноября 2000 года
L2-кэш — интегрированный 256 КБ (Advanced Transfer)
Частота системной шины: 400 МГц
Количество транзисторов: 42 миллиона
Используется в настольных компьютерах и рабочих станциях начального уровня
Технологический процесс: 0,13 мкм «Northwood A» (1,7, 1,8, 1,9, 2, 2,2, 2,4, 2,5, 2,6 ГГц)
Улучшенное предсказание переходов и другие улучшения микрокода
Интегрированный L2-кэш 512 КБ
Количество транзисторов: 55 миллионов
Частота системной шины: 400 МГц
Технологический процесс: 0,13 мкм «Northwood B» (2.26, 2.4, 2.53, 2.66, 2.8, 3.06 ГГц)
Обобщенная информация о Pentium 4
Производство с2000 по 2008 год
Частота ЦП 1300 – 3800 МГц
Частота FSB 400 – 1066 МГц
Технология КМОП, 180 – 65 нм
Процессоры Pentium 4 на ядрах Willamette и Northwood имеют конвейер глубиной 20 стадий, а процессоры на ядрах Prescott и Cedar Mill ‒ 31 стадию
В 2002 году компанией Intel были анонсированы процессоры Pentium 4 на новом ядре Northwood. Процессоры на ядре Northwood содержали 55 млн транзисторов и производились по новой 130 нм КМОП-технологии с медными соединениями. За счёт использования новой технологии производства удалось значительно сократить площадь кристалла.
Тактовая частота процессоров Pentium 4 на ядре Northwood составляла 1,6‒3,4 ГГц, частота системной шины ‒ 400, 533 или 800 МГц в зависимости от модели. Все процессоры на ядре Northwood выпускались в корпусе типа FC-mPGA2 и предназначались для установки в системные платы с разъёмом Socket 478, напряжение ядра этих процессоров составляло 1,475 ‒1,55 В в зависимости от модели, а максимальное тепловыделение ‒ 134 Вт на частоте 3,4 ГГц.. Кэш данных первого уровня был увеличен с 8 до 16 Кбайт, а кэш второго уровня ‒ с 512 Кбайт до 1 Мбайт.
Параллелизм. Корпорация Intel продолжает лидировать в одном из важнейших направлений развития архитектуры микропроцессоров – повышении уровня параллелизма с целью увеличения производительности. Эти усовершенствования минувших лет открыли путь для следующего важного шага – перехода от кристаллов с единым монолитным ядром к многоядерной архитектуре кристалла. Корпорация Intel уже начала серийный выпуск платформ на базе многоядерных процессоров. В течение ближайших лет будут выпущены процессоры Intel со множеством ядер – в некоторых случаях до сотни.
Кроме ядер “общего назначения”, процессоры корпорации Intel будут обладать также специализированными ядрами для выполнения различных классов задач – таких, как графика, алгоритмы распознавания речи, обработка коммуникационных протоколов.
Многоядерный процессор содержат несколько процессорных ядер в одном корпусе (на одном или нескольких кристаллах). Процессоры, предназначенные для работы одной копии операционной системы на нескольких ядрах, представляют собой высокоинтегрированную реализацию мультипроцессорности.
На данный момент массово доступны двух-, четырёх- и шестиядерные процессоры, в частности Intel Core 2 Duo на 65-нм ядре Conroe (позднее на 45-нм ядре ) и Athlon 64 X2 на базе микроархитектуры K8. В ноябре 2006 года вышел первый четырёхъядерный процессор Intel Core 2 Quad .
Перспективы.
Успехи, достигнутые за время существования микропроцессора, четверть века назад невозможно было и вообразить. Если так будет продолжаться и впредь, то, вполне возможно, к 2011 г. микропроцессоры Intel будут работать на тактовой частоте 10 гигагерц . При этом число транзисторов на каждом таком процессоре достигнет 1 миллиарда, а вычислительная мощность – 100 миллиардов операций в секунду (BIPS). Трудно себе даже представить, насколько возросшая мощь процессоров расширит сферу их применения, причем не только в бизнесе и в области коммуникаций. Как дома, так и на рабочих местах возникнет новая информационная среда, откроются невиданные ранее возможности.
По мере повышения производительности процессоров и других компонентов компьютерных систем необходимо увеличивать и пропускную способность соединений между этими компонентами (так называемых шин), поскольку с ростом быстродействия при обработке данных должны увеличиваться их объем и скорость передачи. Сегодня в качестве шин используются медные соединения, которые имеют ограничения по объему и скорости передачи данных. Корпорация Intel разрабатывает и исследует возможности использования полупроводниковых фотоэлектронных технологий, которые вскоре позволят передавать данные на огромных скоростях.
Со временем многие функции, которые сейчас выполняются программным обеспечением или специализированными микросхемами, перейдут в ведение непосредственно микропроцессора. Корпорация Intel находится на переднем крае таких разработок уже на протяжении 35 лет. Перенос выполнения функций на кристалл дает большой выигрыш в скорости, существенную экономию места и значительное сокращение энергопотребления.
По мере неуклонного роста производительности микропроцессоров доступ к памяти становится серьезным “узким местом”. Для того, чтобы загрузить множество высокопроизводительных ядер необходимыми данными, важно организовать подсистему памяти таким образом, чтобы она обладала большой емкостью и находилась на кристалле, а ядра имели бы к ней прямой доступ.
Ожидается, что до 2015 года и далее развитие производственной КМОП-технологии будет продолжаться такими же темпами, как и сейчас. Появление новых материалов и новых структур позволит еще больше увеличить быстродействие устройств, поддерживать на текущем уровне или даже сокращать энергопотребление, а также уменьшать размеры устройств. В результате на одном кристалле можно будет интегрировать миллиарды транзисторов.
В ближайшие 10-20 лет, скорее всего, изменится материальная часть процессоров ввиду того, что технологический процесс достигнет физических пределов производства. Возможно, это будут:
Оптические компьютеры - в которых вместо электрических сигналов обработке подвергаются потоки света (фотоны, а не электроны).
Квантовые компьютеры, работа которых всецело базируется на квантовых эффектах. В настоящее время ведутся работы над созданием рабочих версий квантовых процессоров.
Молекулярные компьютеры - вычислительные системы, использующие вычислительные возможности молекул (преимущественно, органических). Молекулярными компьютерами используется идея вычислительных возможностей расположения атомов в пространстве.