Лекция №2 обзор микропроцессоров фирм клонмейкеров. Современный уровень развития однокристальных микропроцессоров.

План лекции

1. Процессоры . клоны. Фирмы- клонмейкеры.

2. Микропроцессоры 6-ого поколения.

3. Микропроцессоры 7-ого поколения.

4. Перспективы развития.

2.1. Микропроцессоры-клоны.

Начиная с процессоров 5-ого поколения весьма ощутимую конкуренцию фирме Intel начали составлять другие фирмы производители МП, которые условно можно разбить на две группы:

первая группа выпускает Intel- совместимые процессоры, или так называемы процессоры-клоны (AMD, NEC, Cyrix, Chips  Technologies и некоторые другие;

вторую группу составляют фирмы, процессоры которых имеют архитектуру отличную от Intel- процессоров и не совместимые с последними по командам. Это фирмы Motorola, DEC, SUN, Microsystems и некоторые другие.

В начале 1996 года фирмы AMD и Cyrix почти одновременно представили свои процессоры класса Pentium: Am5k86 (K5) и Сx6x86 (M1). Указанные процессоры были выпущены на различные тактовые частоты и их производительность была соизмерима с МП Pentium аналогичной частоты. Необходимо отметить, что примерно при равной производительности процессоры указанных фирм (особенно AMD) существенно дешевле МП Pentium.

В отличие от процессоров клонов предыдущих поколений МП К5 и М1 имеют отличную архитектуру по сравнению с остальными МП 5-ого поколения.

МП К5 представляет собой четырехконвейерный RISC-процессор, который снабжен предварительным транслятором, преобразующим команды х86 в простые и регулярные RISC.команды.

Особенностями архитектуры МП М1 по сравнению с архитектурой Pentium являются:

расширен набор команд, которые могут выполняться одновременно;

М1 имеет возможность реализовать неупорядоченное выполнение команд. Естественно, что при этом МП снабжен средствами контроля за результатами выполнения программы;

реализован механизм .продвижения данных. (data forwarding), сущность которого заключается в том, что если две последовательные команды используют одни и те же данные, то данные передаются непосредственно от одной команды к другой, минуя операцию чтения памяти.

М1 имеет дополнительный стек возвратов (return stack), который позволяет быстрее находить адрес возврата из процедуры при работе с данными, хранящимися как правило вместе с адресами возврата.

2.2. Современные универсальные однокристальные микропроцессоры.

В феврале 1995 г. фирма Intel провела презентацию первых рабочих образцов МП шестого поколения 80686 (Р6), который также имеет собственное имя - Pentium Pro. На кристалле данного МП размещено 5,5 млн. транзисторов.

Для процессоров 6 поколения фирмы Intel ключевым элементом архитектуры, позволившим существенно поднять производительность, является встроенная кэш-память 2 уровня, которая компенсирует разрыв между скоростным ядром процессора (300-500 МГц и более) и медленной системной шиной (66 или 100 МГц), по которой происходит обращение к основной памяти. Встроенная кэш-память эффективнее внешней, так как она работает на более высокой тактовой частоте, в идеале . на полной частоте процессора (а внешняя . на частоте системной шины

Дальнейшее повышение быстродействия Pentium Pro достигается также за счет использования технологии, известной как динамическое выполнение (Dynamic Execution). Динамическое выполнение основано на:

- предсказании ветвлений (multiple branch prediction), т.е. увеличении объема работ, доступных процессору для выполнения;

- потоковом анализе ( data flow analysis), который организует планировку последовательности выполнения команд независимо от их оригинального порядка;

- спекулятивном выполнении (specylative execution). CPU Pentium Pro выполняет те инструкции, которые теоретически наиболее необходимы.

С этой технологией CPU Pentium Pro может анализировать гораздо больше блоков входящего программного потока, чем любой другой существовавший до него процессор для ПК.

Однако Pentium Pro предназначен для работы в мощных многопотоковых серверах вычислительных систем и при работе с обычным программным обеспечением существенного выигрыша он не дает. Вследствие этого широкого распространения этот МП не получил.

Сохранить за собой рынки сбыта МП фирма Intel смогла благодаря выпуску нового процессора, предназначенного для обработки аудио и видео информации мультимедийного процессора. Новые процессоры Pentium-166-MMX и Pentium-200-MMX содержали дополнительный мультимедийный сопроцессор. Технология ММХ , предусматривает расширение набора команд х86 за счет 57 инструкций для параллельной обработки однородных данных. Производительность МП с ММХ приблизительно на 60-70% выше обычных процессоров при работе с мультимедийной информацией (полноразмерное экранное видео с одновременной обработкой звуковой информации). Кстати сокращение ММХ обычно трактуют как мультимедийное расширение (Multi Media eXtension) . Презентация первых ММХ процессоров была произведена в январе 1997 года.

В апреле 1997 года фирма AMD представила свой мультимедийный МП . AMD-K6MMX или иначе К6. Процессоры работают на частотах 166, 200 и 233 МГц.

Начиная с процессоров 6-ого поколения в сфере производства и на рынке сбыта МП стали проявляться новые тенденции. В чем же они заключались?

Спектр применения однокристальных МП весьма широк: от бытовых ПК начального уровня до мощных вычислительных систем - рабочих станций и серверов. При этом общей тенденцией и естественной нормой являлось постоянное перераспределение МП между различными вычислительными системами (сегментами рынка) вызванное появлением новых моделей процессоров. Верхний уровень занимали новые наиболее производительные модели, а предыдущие переходили по мере снижения цен на другие сегменты. Например, процессоры 5 поколения Pentium фирмы Intel прошли полный путь . от преимущественного применения в компьютерах высокого класса и серверах к использованию в компьютерах самого начального уровня.

С появлением процессора 6 поколения Pentium Pro картина изменилась. Этот процессор, первоначально предназначавшийся для серверов и рабочих станций, так и не смог проникнуть на массовый рынок персональных компьютеров, так как добиться приемлемого снижения стоимости производства при существовавшем тогда уровне технологии (0.5 мкм, а затем 0.35 мкм) не удалось.

Поэтому фирма Intel для следующих версий процессоров 6 поколения . Pentium II, не отказываясь от такого важного компонента, как встроенная кэш-память 2 уровня, выбрала другой путь, разделив производство собственно процессора (процессорного ядра) и кэш-памяти. Процессор из отдельной микросхемы превратился в модуль . печатную плату с установленными на ней процессорным ядром и микросхемами кэш-памяти. Появилась возможность, варьируя емкость и быстродействие кэш-памяти (и уровень цен) при сохранении одного и того же ядра, выпускать процессоры ориентированные на разных потребителей.

Верхний уровень процессоров получил название - Хеоn, нижний (базовый, стандартный) - Celeron, а максимально широкий спектр - Pentium II. Все это варианты процессора 6 поколения Pentium II, выпускаемые по единой технологии и, соответственно, очень близкие по производительности для широкого круга обычных задач. Но, в соответствии с реальными требованиями потребителей, они представляют собой просто усложненные, нормальные или упрощенные варианты Pentium II.