Микропроцессоры

Неотъемлемым компонентом любой ЭВМ является центральный процессор. В современных ПК функции центрального процессора выполняют микропроцессоры.

Основные функции микропроцессора – выполнение вычислений, пересылка данных между внутренними регистрами, управление ходом вычислительного процесса. Микропроцессор непосредственно взаимодействует с оперативной памятью и контролерами системной платы. Главными носителями информации внутри процессора служат регистры.

Главная характеристика микропроцессора – его быстродействие, которое в значительной степени зависит от тактовой частоты микропроцессора. Важной является также архитектура микропроцессора, которая определяет, какие данные он может обрабатывать, какие машинные инструкции входят в набор выполняемых им команд, как происходит обработка данных, каков объем внутренней памяти микропроцессора.

В составе микропроцессора может присутствовать сверхоперативная, или кэш-память, которая обеспечивает более быструю передачу информации, чем оперативная память. У современных микропроцессоров может быть кэш-память первого уровня, которая обычно встроена в тот же кристалл и работает на одинаковой с микропроцессором частоте. Для некоторых микропроцессоров предусмотрена еще кэш-память второго уровня. Существуют два способа организации такой памяти: общая, когда команды и данные хранятся вместе, и раздельная, когда они хранятся в разных местах. Наличие раздельной кэш-памяти увеличивает производительность микропроцессора, сокращая среднее время доступа к используемым командам и данным. От способа организации, количества уровней и емкости кэш-памяти, а так же кристалле (чипе), что и сам микропроцессор, или в отдельном кристалле, также зависит производительность микропроцессора.

Большинство задач, решаемых на ПК, не требуют сложных математических вычислений. Это относится к работе с текстовыми данными, базами данных, сетевыми операционными системами. В других случаях – при решении сложных математических и физических задач, задач моделирования, для работы с трехмерной графикой, электронными таблицами, издательскими пакетами – важным параметром является скорость выполнения операций с плавающей точкой, на которые универсальные процессоры тратят достаточно много времени. Для таких задач в некоторых компьютерах предусмотрено использование специального устройства, называемого математическим сопроцессором.

Математический сопроцессор – специализированная интегральная микросхема, работающая во взаимодействии с центральным процессором и предназначенная для выполнения математических операций с плавающей точкой.

В настоящее время фирма Intel занимает одно из ведущих мест на рынке микропроцессоров для ПК типа IBM PC.

Микропроцессор Pentium был выпущен в 1993 году.

В 1995 г. появился микропроцессор Pentium Pro.

В январе 1997 г. фирма Intel объявила о выпуске микропроцессоров Pentium с технологией MMX (Multi Media eXtention) – мультимедийное расширение.

В мае 1997 г. выпущен микропроцессор Pentium II.

Следуя стратегии выпуска различных процессоров, способных занять свободные маркетинговые ниши, в 1998 г. компания Intel представила новую модификацию процессора Pentium II с тактовой частотой 266 МГц без кэш-памяти второго уровня под названием Celeron. Микропроцессор предназначен для недорогих ПК. Отсутствие кэш-памяти второго уровня при мощном процессорном ядре привело к существенному снижению производительности процессора (при решении некоторых задач она оказалась ниже, чем у процессора Pentium MMX с более низкой тактовой частотой). В связи с этим в последующих моделях процессора Celeron с более высокой тактовой частотой (400 МГц) появилась кэш-память второго уровня емкостью 128 Кбайт, работающая на полной частоте процессора.

В феврале 1999 г. выпущен микропроцессор Pentium III. Первые модели Pentium III выпускались с тактовой частотой 450 МГц, последующие – 500, 600 МГц. Однако чтобы воспользоваться преимуществами Pentium III, необходимо разрабатывать новое программное обеспечение.

Одним из перспективных применений Pentium III считается распознавание речи и перевод устных фраз в текстовую форму. Программы распознавания речи показывают на Pentium III более высокую точность распознавания и меньшее время обучения особенностям произношения по сравнению с Pentium II.

Для профессиональных рабочих станций и серверов фирмой Intel создан микропроцессор Xeon, более производительный, чем Pentium III. Для увеличения скорости работы сервера требуется соответствующая плата, а также рассчитанная на многопроцессорность операционная система и соответствующие приложения.

Несмотря на бесспорное лидерство фирмы Intel на рынке микропроцессоров, в настоящее время ряд фирм – AMD (Advanced Micro Devices), Cyrix, IBM, Texas Instruments, IDT и др. – производит аналогичные устройства, конкурирующие с изделиями Intel. Большинство успехов в последнее время добилась на этом поприще фирма AMD.

В 1996 г. фирмой AMD выпущен дешевый и более производительный аналог микропроцессора Pentium – AMD-K5, в 1997 г. – AMD-K6, спроектированный как альтернатива Pentium II, затем AMD K6-2 с технологией 3D Now!, AMD K6-III.

В 1999 г. фирмой AMD выпущен процессор Athlon. Однако, так же, как и фирме Intel, фирме AMD для эффективного использования новых инструкций требуется, чтобы разработчики программного обеспечения позаботились о создании новых программ.

Выпускаемые в настоящее время процессоры Pentium III и Athlon работают на тактовых частотах 500, 550, 600 МГц, и обеими фирмами (Intel и AMD) планируется в ближайшее время выпуск еще более быстрых процессоров. В то же время пока большинство пользователей работают с приложениями, не требующими тактовой частоты даже в 500 МГц. В частности, при работе с офисными приложениями дальнейший рост тактовой частоты процессора вряд ли приведет к заметному увеличению производительности компьютера.

Как правило, микропроцессоры конкурирующих с Intel фирм обеспечивают полную совместимость с существующим программным обеспечением.

Можно предположить, что в ближайшее время появятся более быстрые и дешевые микропроцессоры. При этом поставщики программного обеспечения и аппаратуры, заинтересованные в создании и продвижении на рынок новых продуктов, будут способствовать все более высокому темпу развития микропроцессорной техники.

В 2000 г. фирма Intel выпустила Pentium IV с тактовой частотой 800 МГц, недорогой процессор Timna, содержащий встроенные графические и звуковые возможности, 64-разрядный процессор Itanium.