Современные микропроцессоры

РоссийскаяФедерация
Федеральноеагентство по образованию
Государственноеобразовательное учреждение высшего профессионального образования/>/>/>/>Брянский государственный университет/>/>/>/>имени академика И.Г. Петровского/>/>/>/>Социально-экономический институт/>/>/>/>Финансово-экономический факультет/>/>/>/>Кафедра автоматизированныхинформационных систем и технологий/>/>/>/>Специальность «Прикладнаяинформатика в экономике»
КУРСОВАЯ РАБОТА
по курсу «Вычислительные системы,сети и телекоммуникации»
 
/>/>/>COДЕРЖАНИЕ
Введение. 3
Определениемикропроцессора. 4
История развитиясовременных микропроцессоров. 10
Структура рынкасовременных микропроцессоров. 13
Современные процессорыINTEL. 15
Микропроцессор Pentium M… 16
Core 2 Duo. 18
Intel Core 2 Quad. 19
Современныемикропроцессоры компании АМD… 21
Микропроцессор К5. 22
Микропроцессор К6. 24
Микропроцессор К7. 25
Заключение. 28
Список литературы… 29 
Введение
Развитие персональныхкомпьютеров в мире повлекло за собой и развитие микропроцессоров. Тенденцииразвития современных технологий изготовления процессоров и их применения скаждым годом набирают все большие обороты. Применяются новые нано-технологии,увеличивается число ядер на одном кристалле, растет разрядность процессоров,увеличивается кэш память всех уровней, применяются новые наборы инструкций имногое другое. Именно поэтому эта тема на сегодняшний день считается наиболееактуальной для рассмотрения в данной курсовой работе. Целью моей работыявляется изучения устройство микропроцессоров, узнать его технологииизготовления и рассмотреть виды современных микропроцессоров. Объектом изученияявляется микропроцессор и его основные функции. Предметом изучения являетсявиды современных микропроцессоров.
В основе любой ЭВМ лежитиспользование микропроцессоров. Это самое важное устройство любого компьютера.Именно от него зависит уровень производительности любого компьютера, и нетолько персонального. Микропроцессоры окружают человека везде. Любаяэлектроника в современном обществе снабжена своим микропроцессором.
Задачей моей курсовойработы является:
1.        Проанализироватьтенденции развития современных микропроцессоров.
2.        Выявить ихзначимость для общества.
3.        Попытатьсясделать приблизительные прогнозы об их будущем развитии.
Определениемикропроцессора
Микропроцессор — центральное устройство (или комплекс устройств) ЭВМ (или вычислительнойсистемы), которое выполняет арифметические и логические операции, заданныепрограммой преобразования информации, управляет вычислительным процессом икоординирует работу устройств системы (запоминающих, сортировальных, ввода —вывода, подготовки данных и др.). В вычислительной системе может быть несколькопараллельно работающих процессоров; такие системы называют многопроцессорными.Наличие нескольких процессоров ускоряет выполнение одной большой или нескольких(в том числе взаимосвязанных) программ. Основными характеристикамимикропроцессора являются быстродействие и разрядность. Быстродействие — эточисло выполняемых операций в секунду. Разрядность характеризует объём информации,который микропроцессор обрабатывает за одну операцию: 8-разрядный процессор заодну операцию обрабатывает 8 бит информации, 32-разрядный — 32 бита,64-разрядный – 64 бита. Скорость работы микропроцессора во многом определяетбыстродействие компьютера. Он выполняет всю обработку данных, поступающих в компьютери хранящихся в его памяти, под управлением программы, также хранящейся впамяти. Персональные компьютеры оснащают центральными процессорами различныхмощностей.
Функции процессора:
·         обработка данныхпо заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций;
·         программноеуправление работой устройств компьютера.
Модели процессороввключают следующие совместно работающие устройства:
·         Устройствоуправления (УУ).Осуществляет координацию работы всех остальных устройств, выполняет функцииуправления устройствами, управляет вычислениями в компьютере.
·         Арифметико-логическоеустройство (АЛУ).Так называется устройство для целочисленных операций. Арифметические операции,такие как сложение, умножение и деление, а также логические операции (OR, AND,ASL, ROL и др.) обрабатываются при помощи АЛУ. Эти операции составляютподавляющее большинство программного кода в большинстве программ. Все операциив АЛУ производятся в регистрах — специально отведенных ячейках АЛУ. Впроцессоре может быть несколько АЛУ. Каждое способно исполнять арифметическиеили логические операции независимо от других, что позволяет выполнять несколькоопераций одновременно. Арифметико-логическое устройствовыполняетарифметические и логические действия. Логические операции делятся на двепростые операции: «Да» и «Нет» («1» и«0»). Обычно эти два устройства выделяются чисто условно, конструктивноони не разделены.
·         AGU (AddressGeneration Unit) — устройство генерации адресов. Это устройство не менее важное, чем АЛУ, т.к. оноотвечает за корректную адресацию при загрузке или сохранении данных. Абсолютнаяадресация в программах используется только в редких исключениях. Как толькоберутся массивы данных, в программном коде используется косвенная адресация, заставляющаяработать AGU.
·         Математическийсопроцессор (FPU). Процессор может содержать несколькоматематических сопроцессоров. Каждый из них способен выполнять, по меньшеймере, одну операцию с плавающей точкой независимо от того, что делают другиеАЛУ. Метод конвейерной обработки данных позволяет одному математическомусопроцессору выполнять несколько операций одновременно. Сопроцессор поддерживаетвысокоточные вычисления как целочисленные, так и с плавающей точкой и, крометого, содержит набор полезных констант, ускоряющих вычисления. Сопроцессорработает параллельно с центральным процессором, обеспечивая, таким образом,высокую производительность. Система выполняет команды сопроцессора в том порядке,в котором они появляются в потоке. Математический сопроцессор персональногокомпьютера IBM PC позволяет ему выполнять скоростные арифметические илогарифмические операции, а также тригонометрические функции с высокой точностью.
·         Дешифраторинструкций (команд).Анализирует инструкции в целях выделения операндов и адресов, по которым размещаютсярезультаты. Затем следует сообщение другому независимому устройству о том, чтонеобходимо сделать для выполнения инструкции. Дешифратор допускает выполнениенескольких инструкций одновременно для загрузки всех исполняющих устройств.
·         Кэш-память. Особая высокоскоростная памятьпроцессора. Кэш используется в качестве буфера для ускорения обмена даннымимежду процессором и оперативной памятью, а также для хранения копий инструкцийи данных, которые недавно использовались процессором. Значения из кэш-памятиизвлекаются напрямую, без обращения к основной памяти. При изученииособенностей работы программ было обнаружено, что они обращаются к тем или инымобластям памяти с различной частотой, а именно: ячейки памяти, к которымпрограмма обращалась недавно, скорее всего, будут использованы вновь.Предположим, что микропроцессор способен хранить копии этих инструкций в своейлокальной памяти. В этом случае процессор сможет каждый раз использовать копиюэтих инструкций на протяжении всего цикла. Доступ к памяти понадобиться в самомначале. Для хранения этих инструкций необходим совсем небольшой объём памяти.Если инструкции в процессор поступают достаточно быстро, то микропроцессор небудет тратить время на ожидание. Таким образом экономиться время на выполнениеинструкций. Но для самых быстродействующих микропроцессоров этого недостаточно.Решение данной проблемы заключается в улучшении организации памяти. Памятьвнутри микропроцессора может работать со скоростью самого процесс
1.        Кэш первого уровня(L1 cache).Кэш-память, находящаяся внутри процессора. Она быстрее всех остальных типовпамяти, но меньше по объёму. Хранит совсем недавно использованную информацию,которая может быть использована при выполнении коротких программных циклов.
2.        Кэш второгоуровня (L2 cache). Также находится внутри процессора. Информация,хранящаяся в ней, используется реже, чем информация, хранящаяся в кэш-памятипервого уровня, но зато по объёму памяти он больше. Также в настоящее время впроцессорах используется кэш третьего уровня.
3.        Основнаяпамять. Намногобольше по объёму, чем кэш-память, и значительно менее быстродействующая.
Многоуровневая кэш-памятьпозволяет снизить требования наиболее производительных микропроцессоров кбыстродействию основной динамической памяти. Так, если сократить время доступак основной памяти на 30%, то производительность хорошо сконструированнойкэш-памяти повыситься только на 10-15%. Кэш-память, как известно, можетдостаточно сильно влиять на производительность процессора в зависимости от типаисполняемых операций, однако ее увеличение вовсе не обязательно принесетувеличение общей производительности работы процессора. Все зависит от того,насколько приложение оптимизировано под данную структуру и использует кэш, атакже от того, помещаются ли различные сегменты программы в кэш целиком иликусками.
Кэш-память не толькоповышает быстродействие микропроцессора при операции чтения из памяти, но в нейтакже могут храниться значения, записываемые процессором в основную память;записать эти значения можно будет позже, когда основная память будет не занята.Такая кэш-память называется кэшем с обратной записью (write back cache). Еёвозможности и принципы работы заметно отличаются от характеристик кэша сосквозной записью (write through cache), который участвует только в операциичтения из памяти.
·         Шина — это канал пересылки данных,используемый совместно различными блоками системы. Шина может представлятьсобой набор проводящих линий в печатной плате, провода, припаянные к выводамразъемов, в которые вставляются печатные платы, либо плоский кабель. Информацияпередается по шине в виде групп битов. В состав шины для каждого бита словаможет быть предусмотрена отдельная линия (параллельная шина), или все битыслова могут последовательно во времени использовать одну линию (последовательнаяшина). К шине может быть подключено много приемных устройств — получателей.Обычно данные на шине предназначаются только для одного из них. Сочетаниеуправляющих и адресных сигналов, определяет для кого именно. Управляющая логикавозбуждает специальные стробирующие сигналы, чтобы указать получателю, когдаему следует принимать данные. Получатели и отправители могут бытьоднонаправленными (т.е. осуществлять только либо передачу, либо прием) идвунаправленными (осуществлять и то и другое). Однако самая быстраяпроцессорная шина не сильно поможет, если память не сможет доставлять данные ссоответствующей скоростью.
Типы шин:
1.        Шина данных. Служит для пересылки данных междупроцессором и памятью или процессором и устройствами ввода-вывода. Эти данныемогут представлять собой как команды микропроцессора, так и информацию, которуюон посылает в порты ввода-вывода или принимает оттуда.
2.        Шина адресов. Используется ЦП для выбора требуемойячейки памяти или устройства ввода-вывода путем установки на шине конкретного адреса,соответствующего одной из ячеек памяти или одного из элементов ввода-вывода,входящих в систему.
3.        Шинауправления. По нейпередаются управляющие сигналы, предназначенные памяти и устройствам ввода-вывода.Эти сигналы указывают направление передачи данных (в процессор или из него).
·         BTB(Branch Target Buffer) — буфер целей ветвления. В этой таблице находятся все адреса, куда будет или можетбыть сделан переход. Процессоры Athlon еще используют таблицу истории ветвлений(BHT — Branch History Table), которая содержит адреса, по которым уже осуществлялисьветвления.
·         Регистры — это внутренняя память процессора.Представляют собой ряд специализированных дополнительных ячеек памяти, а такжевнутренние носители информации микропроцессора. Регистр является устройствомвременного хранения данных, числа или команды и используется с целью облегченияарифметических, логических и пересылочных операций. Над содержимым некоторыхрегистров специальные электронные схемы могут выполнять некоторые манипуляции.Например, «вырезать» отдельные части команды для последующего ихиспользования или выполнять определенные арифметические операции над числами.Основным элементом регистра является электронная схема, называемая триггером,которая способна хранить одну двоичную цифру (разряд). Регистрпредставляет собой совокупность триггеров, связанных друг с другом определённымобразом общей системой управления. Существует несколько типов регистров,отличающихся видом выполняемых операций.
Некоторые важныерегистры имеют свои названия, например:
1.        сумматор — регистр АЛУ, участвующий ввыполнении каждой операции.
2.        счетчик команд — регистр УУ, содержимое которогосоответствует адресу очередной выполняемой команды; служит для автоматической выборкипрограммы из последовательных ячеек памяти.
3.        регистр команд — регистр УУ для хранения кодакоманды на период времени, необходимый для ее выполнения. Часть его разрядов используетсядля хранения кода операции, остальные — для хранения кодов адресов операндов.
Историяразвития современных микропроцессоров
История развитияСовременных микропроцессоров начинается с изобретения транзистора в 1948 г, который вытеснил электронные лампы. Сам по себе транзистор умеет очень немного: либопропускать через себя ток, либо перекрывать ему дорогу дальше по цепи.Достигается это благодаря использованию особых материалов – «полупроводников».Один транзистор мог заменить 40 электронных ламп. В 1955 г. фирма Bell Laboratories создала первый транзисторный компьютер второго поколения. 1960 г. Компания DEC выпустила по тем временам «мини»-компьютер, который вмещался в небольшойкомнате- PDP-1.Но эволюция на этом неостановилась и к 60-ым годам научились выпускать интегральные схемы. Первые изних содержали всего 6 транзисторов, позднее их число стало расти вгеометрической прогрессии. В настоящее время число транзисторов на интегральноймикросхеме зашкаливает за несколько десятков миллионов.
Начало 70-х годовознаменовалось рождением нового и, как оказалось, весьма перспективного ибеспрецедентного по своим последствиям направления в развитии вычислительнойтехники – в 1971 г. был выпущен первый в мире микропроцессор. Это былоднокристальный микропроцессор, получивший название 4004 (4-разрядная шинаданных и 16-контактный корпус). Процессор Intel 4004 стал технологическимтриумфом корпорации: устройство размером с палец, стоило 200 долларов, и былосравнимо по своей вычислительной мощи с первой ЭВМ ENIAC, созданной в 1946 г., и занимавшей пространство объемом в 85 куб. метров. Новая технология, практически сразу,легла в основу создания программируемых калькуляторов с огромным, по темвременам (от 4-х до 64-х килобайт) объемом оперативной памяти, способныхобрабатывать массивы данных. Изначально процессор 4004 предназначался дляЯпонской компании Busicom. Но из-зафинансовых трудностей японцы отказались от проекта, и разработка перешла в рукиIntel. Появление микропроцессора измениловесь рынок микроэлектроники, а именно появлению тех самых компьютеров, на какихмы работаем сегодня.
Как это не было бы парадоксально,но сразу после появления процессора 4004 Intel утратила лидерство на рынке. Прежде всего этокомпании ZILOG и MOTOROLA – были лидерами процессорного рынкав 70-х годах. Но Intel создаласовершенно новый процессор, который стал прототипом современных процессоровперсональных компьютеров. Это был восьмиразрядный процессор i8008 (1972 год).i8080 являлся основой первого в мире персонального компьютера Altair. Всепроцессоры х86 — это дальние потомки i8080. Несмотря на свое огромное значениеи большой объем продаж, на рынке этот процессор потеснил более удачныйZilog-80, который, в свою очередь, был обязан такой популярностью i8080.Процессор Z-80 создала группа инженеров, ранее работавших в Intel иучаствовавших в разработке i8080.
В 80-х годах Intelоткрыла эру высокопроизводительного настольного компьютерного оборудования. В 1982 г. вышел современнейший, по тем временам, микропроцессор i286, который уже тогда, кроменеслыханной производительности, имел, в зачаточном виде, возможности пообеспечению многозадачного режима и защищенного режима (Protected Mode). Такжеон поддерживал обращение к расширяемой (EMS) памяти, объемом до 8 MB. В 1985 г. появился микропроцессор i386. Процессор i386 имел не только завершенную систему поддержкимногозадачного режима, механизм защиты сегментов, но и мог оперироватьоперативной памятью объемом до 64MB
Улучшение технологиипроизводства микропроцессоров позволило значительно повысить их тактовуючастоту. Каждое новое поколение процессоров имеет более низкое напряжениепитания и меньшие токи, что способствует уменьшению выделяемого ими тепла. Носамым главным достижением является то, что при уменьшении нормытехнологического процесса можно значительно увеличить количество транзисторовна одном кристалле. Большее количество транзисторов, входящих в составпроцессора, позволяет усовершенствовать архитектуру процессора с цельюдостижения еще большей производительности. Даже разрядность процессоров оченьбыстро увеличилась с 4 в первом процессоре до 32 в процессоре i386.
Значительной вехой вистории развития архитектуры процессоров персональных компьютеров (очереднаяреволюция) стало появление процессора i486. Производственный техпроцесс к томувремени достиг отметки в 1 мкм, благодаря чему удалось расположить в ядрепроцессора 1,5 млн. транзисторов, что было почти в 6 раз больше, чем у CPUпредыдущего 386-го поколения. Он был в 1500 раза быстрее своего«прапрадедушки» i4004.В архитектуре процессора персонального компьютера впервые появился конвейер напять стадий. Конвейерные вычисления были, конечно, известны задолго допоявления персональных компьютеров, но высокая степень интеграции теперьпозволила применить этот эффективный способ вычислений и в персональном компьютере.На одном кристалле Intel разместила и собственно процессор, и математическийсопроцессор, и кэш-память L1, которые до этого располагались в отдельныхмикросхемах. Эта революция произошла спустя 20 лет после появления первогомикропроцессора, в октябре 1989 года. 486-й микропроцессор обладал достаточнымдля того времени быстродействием. Тактовая частота процессора даже превысилатактовую частоту системной шины.
С момента выпуска 486-гопроцессора технологический процесс производства микропроцессоров началразвиваться бурными темпами. В 90-х годах началась «эра» Pentium. Практическикаждый год компания Intel выпускалавсе более и более совершенные микропроцессоры. Процессор Pentium совершилпереворот в компьютерной индустрии персональных компьютеров. Стоимостьмикропроцессоров стала падать, а значит ПК стал более доступным всем слоямнаселения. Компьютер стал по-настоящему персональным. Это значит ориентированна обычного пользователя, не владеющего глубокими знаниями в этой области.
Притаком стремительном прогрессе микропроцессорной и компьютерной индустрии вполневозможно, что к 2011 г. микропроцессоры будут работать на тактовой частоте до10 ГГц. При этом число транзисторов на каждом процессоре достигнет 1 миллиарда,а вычислительная мощность — 100 миллиардов операций в секунду.  Структура рынкасовременных микропроцессоров
Доминирующее положение нарынке универсальных микропроцессоров занимают микропроцессоры с системой командх86. основными производителями которых являются компании Intel, AMD и VIA.Ежегодный рост выпуска таких микропроцессоров составляет 10—15%. Доля остальныхмикропроцессоров с RISC-архитектуройсоставляет около 20 % рынка.
В настоящее времяпроизводятся и используются вычислительные системы на базе микропроцессоровследующих архитектур.(таблица 1)
Таблица 1. Наиболеераспространенные микропроцессорные архитектуры.Микропроцессорная архитектура Компания-разработчик X86 Intel, AMD, Cyrix, IDT, Transmeta La-64 Intel Power-PC Motorola, IBM, Apple Power IBM PA Hewlett-Packard Alpha Hewlett-Packard(DEC) SPARC SUN MIPS MIPS MAJC SUN
Историческимикропроцессоры с архитектурой х86 доминировали в персональных ЭВМ, а RISC-процессоры использовались в рабочихстанциях, высокопроизводительных серверах и суперкомпьютерах. В настоящее времяпроцессоры с архитектурой х86 несколько потеснили RISC-процессоры в их традиционных областях применения, вто же время, некоторые производители рабочих станций, например SUN, пытаются выйти со своимипроцессорами на рынок персональных ЭВМ.
На сегодняшний день основные производители микропроцессоров обладаютпримерно равными технологическими возможностями, поэтому в «борьбе заскорость» на первое место выходит фактор архитектуры. Архитектурамикропроцессоров на протяжении ряда лет развивается по двум магистральнымнаправлениям. В рамках каждого направления в той или иной степени используютсяранее рассмотренные архитектурные приемы повышения производительности, ноимеются и собственные приоритеты.
Первое направление получило условное название Speed Daemon. Оно характеризуется стремлением к достижению высокойпроизводительности главным образом за счет высокой тактовой частоты приупрошенной внутренней структурной организации микропроцессора.
Второе направление — Drainiac — связано с достижением высокойпроизводительности за счет усложнения логики планирования вычислений ивнутренней структуры процессора. Каждое из направлений имеет собственных противникови сторонников и, по-видимому, право на существование.
Компании — производители RISC-процессоров создали и активно развивают своимикропроцессорные архитектуры, обеспечивая обратную программную совместимостьмежду поколениями микропроцессоров одного семейства при уменьшении технологическихнорм производства и увеличении -производительности.
Общей особенностью большинства RISC-микропроцессоров является высокоскоростная обработка64-разрялных операндов с фиксированной и плавающей точкой. Построениефункциональных узлов таких микропроцессоров требует сложных схемотехническихрешений, что обусловливает использование большого числа транзисторов влогических схемах процессора и большого числа; слоев металлизации дляосуществления межсоединений.
В поисках способов достижения максимальной производительностиразработчики микропроцессоров с RISC-архитектуройвсе чаше позволяют себе отходить от ее канонических принципов. В то же время, вмикропроцессора CISC-архитектуры,яркими представителями которых является семейство х8б, внедряются решении,наработанные при создании RISC-процессоров.
В этой главе, на примерахмикропроцессоров различных компаний-производителей, будут рассмотрены основныеархитектурно-технические решения, используемые в настоящее время при созданиимикропроцессоров. Современные процессорыINTEL
Компания Intel является одной из передовых впроизводстве современных микропроцессоров. Компанию основали Роберт Нойс и ГордонМур в 1968 году Intel переводится с английского «интегральнаяэлектроника». Бизнес-план компании был распечатан на печатной машинке РобертомНойсом и занимал всего одну страницу. Предоставив его банку новообразовавшаясякомпания получила кредит 2, 5 миллионов долларов .
Компаниястала успешной в 1971 году, когда Intel начал сотрудничество с японскойкомпанией Busicom. Intel получил заказ на двенадцать специализированных микросхем,но по предложению инженера Тэда Хоффа компания разработала один универсальный микропроцессорIntel 4004. Производительность этого процессора была сравнима спроизводительностью мощнейших компьютеров того времени. Следующим былразработан Intel 8008.
В 1990-екомпания стала крупнейшим производителем домашних персональных компьютеров.Серии процессоров Pentium и Celeron до сих пор являются самымираспространёнными.
Микропроцессор Pentium M
Одним из последних достижений компании Intel, призванным предоставитьпользователям новые возможности мобильной работы, стала разработка технологи Centrino. Данная технология предусматриваетиспользование в компьютере новых микропроцессоров Pentium M (на стадии разработки микропроцессор имел кодовое название Banias), нового чипсета Intel 855 и средств доступа к беспроводнымсетям передачи данных семейства стандартов 802.11.
Основными чертами систем, построенных по технологии Centrino, являются: низкое энергопотребление,обеспечиваемое «интеллектуальной» системой управления частотоймикропроцессорного ядра и напряжением питания — Enhanced SpeedStep, малые массогабаритныехарактеристики за счет реализации большинства системных функций ввысокопроизводительном чипсете, а также расширенные коммуникационныевозможности благодаря наличию встроенного контроллера радио-Ethernet.
Микропроцессор Pentium M, являющийсяосновным элементом технологии Centrino, содержит ряд новых решений, отличающих его от мобильных версий микропроцессоровPentium III и Pentium4. К их числу относятся:
·     усовершенствованноепрогнозирование ветвлений. В микропроцессоре Pentium M одновременноиспользуются три различных алгоритма предсказания ветвлений, выполняющие анализусловных и безусловных переходов, циклов, а также предыстории выполненияпрограммы. При принятии решения выбираются результаты наиболее точногопрогноза;
·     объединениемикроопераций. Микропроцессоробъединяет для одновременного выполнения в различных функциональных блокахнесколько микроопераций, являющихся продуктом декодирования CISC-команды. Параллельное выполнениенескольких микроопераций существенно повышает соотношение производительность/энергопотребление;
·     усовершенствованноеуправление стеком. Управлениестеком реализовано на уровне микроопераций, что позволило сделать этот процессменее энергозатратным;
·     улучшеннаятехнология управления энергопотреблением Enhanced SpeedStep. В отличие от предыдущей версии этой технологии, поддерживающейдва соотношения частота/напряжение питания, в Pentium M предусмотрено большее число соотношений, позволяющихобеспечивать требуемую для выполняемого приложения производительность приминимальном энергопотреблении. Следует отметить также экономию энергии приработе с системной шиной (усилители считывания данных процессора включаются покоманде чипсета только на период приема данных) и кэш-памятью (активизируетсятолько тот фрагмент кэша, к которому в данный момент осуществляется обращение).
Микропроцессор содержит блок векторных операций SSE2, раздельную кэш-память команд иданных первого уровня размером 32 Кбайт каждая, общую кэш-память второго уровняразмером I Мбайт. Эффективная частотапроцессорной шины составляет 400 МГц, а частота работы процессорного ядра — от0,9 до 1,6 ГГц. Мощность, потребляемая микропроцессором для тактовой частоты1,6 ГГц, составляет 24,5 Вт.
Процессор производится по технологии 0,13 мкм и содержит накристалле 77 млн транзисторов.
По производительности Pentium M с тактовой частотой 1,7 ГГц сравним с Pentium 4 — 2,5 ГГц. Средняя потребляемаямощность микропроцессора составляет от 1 до 7 Вт, а максимальная — не превышает25 Вт.
Core 2 Duo
Core 2 Duo — x86-совместимый процессор. Принадлежит семействупроцессоров Intel Core 2.
Core 2 Duo и Core 2 Extreme, разработан на основе Intel Pentium M (архитектура Pentium Pro), обогащённым лучшиминаработками архитектуры NetBurst и рядомсовершенно новых технологий:
·         Intel WideDynamic Execution— технология выполнения большего количества команд за каждыйтакт, повышающая эффективность выполнения приложений и сокращающаяэнергопотребление. Каждое ядро процессора может выполнять до четырех инструкцийодновременно с помощью 14-стадийного конвейера
·         Intel IntelligentPower Capability— технология, с помощью которой для исполнения задачактивируется работа отдельных узлов чипа по мере необходимости, что значительноснижает энергопотребление системы в целом
·         Intel AdvancedSmart Cache— технология использования общей для всех ядер кэш-памяти L2, чтоснижает общее энергопотребление и повышает производительность, при этом, помере необходимости, одно из ядер процессора может использовать весь объёмкэш-памяти при динамическом отключении другого ядра
·         Intel SmartMemory Access— технология оптимизации работы подсистемы памяти, сокращающаявремя отклика и повышающая пропускную способность подсистемы памяти
·         Intel AdvancedDigital Media Boost— технология обработки 128-разрядных команд SSE, SSE2 и SSE3,широко используемых в мультимедийных и графических приложениях, за один такт
/>Все процессоры Core 2 Duo работают стактовой частотой системной шины (Front Side Bus, FSB) 266 МГц, в то время какбольшинство моделей Pentium 4 и Pentium D используют 200-МГц шину. Заисключением процессоров начального уровня, все модели оснащены 4 Мбайт кэша L2,который используют оба процессорных ядра. Все процессоры поддерживают 64-битныерасширения Intel (EM64T), мультимедийные инструкции (SSE2 и SSE3), технологиювиртуализации (VT) и бит запрета выполнения (XD). Кроме этих функций, все моделиподдерживают последние технологии управления энергопотреблением вроде ThermalMonitor 2 (TM2), Enhanced Halt State (C1E) и Enhanced SpeedStep (EIST).
В настоящее времяархитектура этого нового процессора является очень мощной, которая решитпроблемы многих пользователей.Intel Core 2 Quad
IntelCore2 Quad — семейство новых четырёхъядерныхпроцессоров Intel, в котором объединяются два двухъядерных кристалла на однойплатформе. Для производства процессора была использована инновационный 45-нм технологическийпроцесс. Хотя эти процессоры и являются очередными вариантами широкораспространённой микроархитектуры Core, они представляют немалый интерес. Делов том, что Quad– это не простой результат переводапредыдущих 65-нм процессорных ядер на новую производственную технологию. В нихинженеры Intel реализовали целый ряд усовершенствований, направленных наувеличение производительности, достигаемое без роста тактовой частоты. В егооснове лежит два полупроводниковых двухъядерных кристалла Wolfdale, убранных вединую процессорную упаковку.
Для освоения45-нм технологического процесса компания провела огромнуюнаучно-исследовательскую работу, в рамках которой классические диэлектрическиематериалы (в частности, оксид кремния), применяемые с 60-х годов прошлого векадля производства интегральных микросхем, были заменены на принципиально новые(соединения редкоземельного металла гафния). Новые 45-нм транзисторы используютметаллический затвор вместо затвора из поликристаллического кремния, а такжедиэлектрик с высокой диэлектрической проницаемостью (high-k) – силицид гафния.
Эти измененияв конструкции полупроводниковых элементов позволяют решить сразу нескольконасущных задач. Новый технологический процесс с нормами 45 нм почти вдвое поднимаетплотность расположения транзисторов на кристалле, а кроме того, примерно на 20% увеличивает их скорость переключения и на 30 % снижает необходимую для этогомощность. В качестве дополнительного бонуса, благодаря новым материаламзначительно уменьшаются и токи утечки: в канале исток-сток – ориентировочно впять раз, а через диэлектрик затвора – примерно на порядок.
Благодаряновому технологическому процессу Intel собирается в течение следующего годанарастить частоты своих процессоров семейства Core 2 Quad до 3,0 ГГц, а линейкиCore 2 Duo – до 3,33 ГГц, удерживая их при этом в рамках привычных тепловыхпакетов 95 и 65 Вт, соответственно. Еще тодно преимущество новой технологии:процессоры будут обладать кэш-памятью второго уровня суммарным объёмом 12Мбайт: по 6 Мбайт на каждые два ядра.
Инымисловами, с внедрением нового технологического процесса никаких изменений встроении процессоров с четырьмя ядрами не произошло. Пары ядер всё такжерасположены на разных кристаллах и обмениваются данными через системную шину иоперативную память. Впрочем, измерение латентности кэш-памяти на практикепоказывает, что у нового процессора при увеличении в объёме он стал всё-такислегка медленнее.
Вместе сувеличением объёма кэш-память новых CPU получила дополнительную функцию«enhanced cache line split load». Цель этого нововведения заключаетсяв ускорении выборки из кэш-памяти неправильно выровненных данных, части которыхмогли бы быть помещены в одной строке, но попали в разные строки кэша. Новаяфункция пытается предугадать такие данные и сделать их выборку из кэша столь жебыстрой, как если бы они лежали в одной строке. В теории, этоусовершенствование может ускорить работу приложений, работа которых связана сосканированием трактов.
Процессоры Quad обладаюьт расширением системыSIMD-команд. В новом поколении своих CPU Intel ввёл поддержку набора SSE4.1,состоящего из 47 новых инструкций. Тем не менее, новые команды, несмотря надостаточно большое их количество, не представляют собой связанного множества,набор SSE4 включает разнородные дополнения к уже существующим SIMD-инструкциям.Новые команды, по традиции, должны будут помочь в увеличении скорости работыновых процессоров с трёхмерной графикой, с потоковым видео и в целом ряденаучных вычислительных задач.
В заключение хочетсязаметить, что компания Intel взяла хороший темп смены технологических процессови процессорных архитектур. Как планируется, новые микроархитектуры теперь будутпредлагаться Intel каждые два года, а через год после их внедрения процессорныеядра должны будут переводиться на новый техпроцесс с внесением в них некоторыхнебольших усовершенствований. Согласно этому плану, ближе к концу следующегогода ожидает встреча с принципиально новой архитектурой, известной сегодня подкодовым именем Nehalem. Современныемикропроцессоры компании АМD
Успешную конкуренциюмикропроцессорам Intel составляетпродукция компании AMD. По рядупоказателей микропроцессоры этой компании занимают лидирующее положение.Отдельные интересные архитектурно-технические решения, впервые примененные вмикропроцессорах AMD, впоследствииполучили распространение в изделиях других производителей, в том числе и вмикропроцессорах компании Intel.

Микропроцессор К5
В течение ряда лет AMD, отставая от Intel по крайней мере на одно поколениемикропроцессоров, полагалась в основном на лицензированную технологию и вносиланезначительные конструктивные изменения в выпускаемые микропроцессоры.Появление микропроцессора Pentiumсоздало лля AMD прямую угрозу вытеснения с рынка,что стимулировало компанию к интенсификации работ по созданию нового семействах86-совместимых микропроцессоров. Работы над К5 были начаты, когда еще не былиизвестны подробности о процессоре Pentium. Инженерам AMDпришлось разрабатывать собственную микроархитектуру, обеспечивая при этомсовместимость с существующим программным обеспечением для процессоров х86.
Первоначально AMDпланировала начать поставки своего микропроцессора с тактовой частотой 100—120МГц в 1995 году, однако было выпущено лишь несколько тысяч таких процессоров, аих тактовая частота составила всего 75 МГц. Основные поставки К5 начались впервом квартале 1996 года, после того как компания перешла на 0,35 мкмтехнологию, разработанную совместно с Hewlett-Packard. Этопозволило довести число транзисторов до 4,2 млн на кристалле площадью 167 мм2.
К5 ]68] — это первый микропроцессор AMD, при создании которого не использовалась никакаяинтеллектуальная собственность Intel(за исключением микрокода), в то же время, он обладает лучшей по сравнению спроцессорами Intel производительностью. Многиеприложения, такие как Microsoft Excel, Word, CorelDRAW, работали на процессорах серии К5 на30% быстрее, чем на Pentium с той жетактовой частотой. Такая производительность достигалась в основном за счетувеличенного объема кэш-памяти и более прогрессивной суперскалярнойархитектуры. Используемая в микропроцессорах AMD архитектура RISC86 .
Как известно, команды х86отличает переменная длина и сложная структура, затрудняющие их декодирование ианализ существующих зависимостей между инструкциями по данным. В предлагаемой AMD архитектуре декодер, представляющийсобой наиболее сложную часть микропроцессора, раз бивает длинные CISC-инструкции на небольшие RISC-подобные комгюнен ты, так называемыеROP (RISC-операции).
ROP напоминают команды микрокода микропроцессоров х86. Первыемикропроцессоры с архитектурой х86 выполняли свой сложный набор микрокоманд,выбирая из внутренней постоянной памяти микрокод. В последних микропроцессорахх86 использование микрокода сведено к минимуму за счет применения простыхкоманд и их аппаратной реализации.
В отличие от Pentium,вместо двух конвейеров для параллельного выполнения двух целочисленныхопераций, К5 имеет шесть параллельно функционирующих блоков. Одновременно сцелочисленными операциями могут выполняться инструкции с плавающей точкой,загрузки/сохранения или перехода. Блок загрузки/сохранения может за один циклвыбирать из памяти две инструкции. Другим отличием от Pentium является то, что К5 может изменять последовательностьвыполняемых команд.
Блок выполнения операций с плавающей точкой (FPU) отвечает стандартам х86, однако попроизводительности несколько уступает FPU процессора Pentium.
Использованное вархитектуре К5 сочетание принципов CISC и RISC позволило преодолеть ограничениянабора команд х86. Ценой увеличения сложности процессора AMD удалось повысить егопроизводительность, сохранив совместимость с системой команд х86. Последнеевесьма важно с учетом широкой распространенности программного обеспечения дляэтой микропроцессорной архитектуры.
Микропроцессор К6
Микропроцессор К6 был выпушен в 1997 году по технологии КМОП0,35 мкм с пятислойной металлизацией, содержал 8,8 млн транзисторов на кристаллеплощадью 162 мм2, работал с тактовыми частотами 166, 200 и 233 МГц иустанавливался в разъем Socket7.
Как и в К5, в К6 была применена суперскалярная архитектура RISC86 с раздельнымдекодированием/исполнением команд, обеспечивающая преемственность с системойкоманд х86 и достижение высокой производительности, свойственноймикропроцессорам шестого поколения. К6 был оснащен мультимедийным расширениемсистемы команд— ММХ. По производительности К6 при одной и той же тактовойчастоте существенно превосходил PentiumММХ и был сравним с PentiumPro. В отличие от Pentium Pro, К6 одинаково успешно работал как с 32-разрядными,так и с 16-разрядными приложениями.
Высокаяпроизводительность процессора обеспечивалась благодаря ряду новых архитектурныхи технологических решений.
·  В процессоревыполняется преддекодирование команд х86 при их выборке в кэш-памяти. Каждаякоманда в кэш-памяти первого уровня снабжается битами преддекодирования,указывающими смещение начала следующей команды в кэш-памяти (от I до 15 байт).
·  К6 содержитвнутреннюю раздельную кэш-память первого уровня по 32 Кбайт для данных икоманд.
·  В процессоререализован высокопроизводительный блок вычислений с плавающей точкой.
·  Имеетсявысокопроизводительный блок мультимедийных операций стандарта ММХ.
·  Используетсямножественное декодирование х86-инструкций в однотактовые RISC-операции (ROP).
·   Процессорсодержит параллельные дешифраторы, централизованный планировщик операций и семьисполнительных блоков, которые обеспечивают суперскалярное выполнениеинструкций в шестиступенчатом конвейере.
·  В процессореиспользуется спекулятивное исполнение с изменением последовательности команд,предварительная посылка данных, переименование регистров.
В начале 1998 года были выпущены варианты процессора потехнологии 0,25 мкм с пятью слоями металлизации для тактовых частот 266 МГц и300 МГц.Микропроцессор К7
Микропроцессор следующего поколения — К7 (кодовое имя Athlon) был выпущен в июне 1999 года. К7содержит более 22 млн транзисторов на кристалле площадью 184 мм2 иизначально производился по технологии 0,25 мкм с 6 слоями металлизации* длятактовых частот 500, 550, 600 и 650 МГц. Впоследствии, с переходом натехнологию 0,18 мкм, частота была увеличена до 1 ГГц и выше. Напряжение питаниямикропроцессора составляет 1,6 В.
Процессор размешен в картридже и соединяется с платой через Slot А, разработанный AMD. Athlon и Slot Аиспользуют шинный протокол Digital Alpha EV6, который имеет ряд преимуществ посравнению с GTL+, используемым Intel. Так, EV6 предусматривает возможность использования топологии «point to point» для мультипроцессорных систем. Кроме этого, EV6 работает по переднему и заднемуфронту тактирующего сигнала, что при частоте 100 МГц дает эффективную частотупередачи данных 200 МГц и пропускную способность интерфейса 1,6 Гбайт/с. Впоследующих моделях процессора частота работы шины (эффективная частота)достигла значений 133 (266), а затем и 200 (400) МГц.
Архитектура, реализованная в Athlon, получила название QuantiSpeed™, она определяет суперскалярное,суперконвейерное выполнение команд, конвейерный блок вычислений с плавающейточкой, аппаратную предвыборку данных в кэш-память и усовершенствованнуютехнологию предсказания ветвлений.
Athlon имеет девять исполнительных блоков: три для обработки целочисленныхданных (IEU), три для вычисления адреса (AGU) и три блока для вычислений сплавающей точкой и обработки мультимедийных данных (один длязагрузки/сохранения данных с плавающей точкой (FSTORE) и два конвейерных блока для исполнения команд FPU/MMX/3DNOW).
Athlon может декодировать три команды х86 в шесть RISC-операций. После декодирования ROP попадают в буфер, где ожидают своейочереди на выполнение в одном из функциональных блоков процессора. Буфер К7содержит 72 операции (в три раза больше чем у Кб) и выдает 9 ROP для 9 исполнительных устройств.
Athlon имеет 128 Кбайт кэш-памяти первого уровня (64 Кбайт для данных и 64Кбайт для команд). Для взаимодействия с кэш-памятью второго уровняпредусмотрена специальная шина (как у архитектуры Р6 Intel), Кэш-память второго уровня размером 512 Кбайтрасположена вне процессорного ядра, в процессорном картридже, и работает наполовинной частоте ядра.
Следующим микропроцессором с архитектурой К7 на ядре Thunderbird стал Duron — бюджетный вариант микропроцессора, ориентированныйна дешевые ПК. Основным его отличием является уменьшенная до 64 Кбайт кэшпамятьвторого уровня. Duron содержит 25млн транзисторов на кристалле 100 мм2 и рассчитан на частоты от 600до 1200 МГц.
Размещение кэш-памяти на кристалле позволило разработчикамотказаться от использования картриджа и вернуться к разъему типа soket (462-контактный разъем Socket А). В процессорах Athlon и Duron работа кэшпамяти осуществляется по алгоритму,обеспечивающему эксклюзивность представления данных в кэшах (данные недублируются в кэш-памяти первого и второго уровней), что увеличиваетэффективный объем кзширован-ных данных.
Благодаря примененным в К7 новым архитектурно-техническим решенияммикропроцессорам AMD удалось на7—10% превысить производительность Pentium III при равныхтактовых частотах.
Дальнейшее совершенствование архитектуры и технологии производствамикропроцессоров в рамках семейства К7 привело к появлению двух новых версий Athlon: Athlon XP й Athlon MP.
Основное отличие процессора AMD Athlon MP от AMD Athlon XP — использование технологии Smart MP, которая представляет собой совокупность высокоскоростнойдвойной системной шины и протокола когерентного кэша MOESI, управляющего пропускной способностью памяти, чтонеобходимо для достижения оптимального баланса работы процессоров в многопроцессорныхсистемах. Пропускная способность шины составляет 2,1 Гбайт/с, в расчете накаждый процессор.
Процессор выпускается с тактовыми частотами от I ГГц (технология 0,18 мкм) до 2,133ГГц (технология 0,13 мкм, ядро Thoroughbred).
Заключение
В конце 20 векачеловечество вступило на путь информационного общества. Но это обществоневозможно представить без электроники, интернета, радио и телевиденья, мощныхкомпьютеров и современных микропроцессоров.
Микропроцессор — центральное устройство (или комплекс устройств) ЭВМ (или вычислительнойсистемы), которое выполняет арифметические и логические операции, заданныепрограммой преобразования информации, управляет вычислительным процессом икоординирует работу устройств системы (запоминающих, сортировальных, ввода —вывода, подготовки данных и др.).
В данной курсовой работебыло изучено устройство микропроцессоров, его технологии изготовления и былирассмотрены виды современных микропроцессоров.
Задачей, поставленные вданной курсовой работе были выполнены. Был сделан анализ тенденций развитиясовременных микропроцессоров, выявлена их значимость для общества и сделаныприблизительные прогнозы о их будущем развитии.
В результате проведеннойработы были сделаны следующие выводы: на мировом рынке продажи процессоров внастоящее время лидируют две компании Intel и АMD. Которые в свою очередь непрерывноконкурируют между собой и пытаются вытеснить друг друга с мирового рынка. Вначале 2005 года лидером была компания AMD, чьи процессоры были и производительнее, и дешевле,имели меньшее тепловыделение. Но в апреле того же года Intel пустила процессор Core 2 Duo, ав 2007 Core 2 Quad, которые стали лидерами по продажам на мировом рынке.Сейчас лидерство оставляет за собой компания Intel. Но и AMDведет бурные научно-исследовательские работы и, возможно, в скором будущемвыпустит на рынок совершенно новый и мощный микропроцессор.
Список литературы
ru.wikipedia.org/wiki/Intel_Core_2_Quad
www.fcenter.ru/online.shtml?articles/hardware/processors/22651