Реферат: Алгоритм работы процессора
Реферат: Алгоритм работы процессора
Содержание
| Стр. | |
| Введение …………………………………………………………………………… | 3 |
|
1. История развития процессоров ……………………………………………… 1.1. Процессоры фирмы INTEL …………………………………….. 1.2. Процессоры фирмы AMD ………………………………………. |
4 5 16 |
|
2. Алгоритм работы процессора ……………………………………………….. 2.1. Устройство процессора …………………………………………. 2.2. Алгоритм работы процессора …………………………………. 2.2.1. Арифметико-логическое Устройство …………… 2.2.2. Прерывания процессора …………………………. |
22 22 24 24 32 |
| Заключение ………………………………………………………………………… | 34 |
| Список литературы ……………………………………………………………….. | 35 |
Введение
Одним из основных устройств современного персонального компьютера является центральный процессор. Который, на первый взгляд, просто выращенный по специальной технологии кристалл кремния. Однако этот кристалл содержит в себе множество отдельных элементов – транзисторов, которые в совокупности и наделяют компьютер способностью «думать».
История создания микропроцессора началась еще в 50-х годах, когда на смену электронным лампам пришли компактные «электронные переключатели» - транзисторы, затем – интегральные схемы, в которых впервые удалось объединить на одном кристалле кремния сотни крохотных транзисторов. Но все-таки отсчет летоисчисления компьютерной эры ведут с 1971 года, с момента появления первого микропроцессора.
За три десятка лет, прошедших с этого знаменательного дня, процессоры сильно изменились. Современный процессор это не просто набор транзисторов, а целая система множества важных устройств.
1. История развития процессоров
В настоящее время существуют много фирм по производству процессоров для персональных компьютеров. Это Intel, AMD, Cyrix, VIA, Centaur/IDT, NexGen, и многие другие. Однако наиболее популярными являются Intel и AMD. Развитие процессоров этих ведущих фирм мы и постараемся рассмотреть.
Однако прежде чем углубляться в историю производства процессоров необходимо дать характеристику некоторым техническим терминам характеризующих процессор.
Тактовая частота – это скорость работы процессора, а именно количество операций выполненных на протяжении 1 секунды.
Поколения – поколения процессоров отличаются друг от друга скоростью работы, архитектурой, исполнением и внешним видом. Если просмотреть поколения процессоров фирмы Intel то их было 8 (8088, 286, 386, 486, Pentium, Pentium II, Pentium III, Pentium IV).
Модификация – у ведущих и постоянно конкурирующих фирм Intel и AMD есть две модификации процессоров. У Intel это Pentium и Celeron, у AMD это Athlon и Duron. Pentium и Athlon это дорогие процессоры для графических станций или серверов, а Celeron и Duron это процессоры для домашних компьютеров.
Технология производства – под технологией производства в данном случае понимают размер минимальных элементов процессора. Так в 1999 году фирмы перешли на новую, 0,13 – микронную технологию.
КЭШ-память первого уровня – небольшая (несколько десятков килобайт) сверхбыстрая память, предназначенная для хранения промежуточных результатов вычислений.
КЭШ-память второго уровня – эта память более медленная, но она больше от 128 до 512 кбайт.
1.1. Процессоры фирмы Intel
1971г. Intel® 4004
Первый процессор фирмы Intel® был 4-х разрядным, имел 2300 транзисторов и тактовую частоту 108 кГц. Предназначался для калькуляторов Busicom. Технические характеристики: 2300 транзисторов; технология производства: 3 мкм; напряжение питания: 5 В; тактовая частота: 108 кГц; общая разрядность: 4.
1972г. Intel® 8008
Этот процессор также имел 2300 транзисторов, но был 8-и разрядным, и тактовая частота поднялась до 200 кГц. Дон Ланкастер создал на его основе прототип персонального компьютера. Технические характеристики: 2300 транзисторов; технология производства: 3 мкм; напряжение питания: 5 В; тактовая частота: 200 кГц; общая разрядность: 8.
1974г. Intel® 8080
Скорость этого процессора уже измерялась в МГц - их было целых два при 8-и битной разрядности. Число транзисторов возросло более чем в два раза. Технические характеристики: 6000 транзисторов; технология производства: 3 мкм; напряжение питания: 5 В; тактовая частота: 2 МГц; общая разрядность: 8.
1978г. Intel® 8086
Частота этого процессора поднялась до 10 МГц. На его основе начали выпускать компьютеры IBM PC. Технические характеристики: 29000 транзисторов; технология производства: 3 мкм; напряжение питания: 5 В; тактовая частота: 4,77-10 МГц; процессор 16-разрядный; шина данных 16-разрядная; адресная шина 20-разрядная; общая разрядность: 16.
1979г. Intel® 8088
Отличался от предыдущего тем, что шина данных и общая разрядность были 8-и битными. Технические характеристики: 29000 транзисторов; технология производства: 3 мкм; напряжение питания: 5 В; тактовая частота: 4,77-8 МГц; процессор 16-разрядный; шина данных 8-разрядная; адресная шина 20-разрядная; общая разрядность: 8.
1982г. Intel® 80186
Неудавшийся, страшно капризный процессор. О нем забыли даже родители: на сайте Intel® нет о нём никакого упоминания. Технические характеристики: 134000 транзисторов; напряжение питания: 5 В; тактовая частота: 6 МГц; процессор 16-разрядный; шина данных 16-разрядная; адресная шина 20-разрядная; общая разрядность: 16.
1982г. Intel® 80286
Этот процессор примечателен тем, что мог выполнять программы, написанные для любого из его предшественников. Технические характеристики: 134000 транзисторов; тактовая частота: 6-12 МГц; процессор 16-разрядный; шина данных 16-разрядная; адресная шина 24-разрядная; общая разрядность: 16.
1985г. Intel® 386™ DX
Первый действительно многозадачный CPU (на нём даже Windows95 работает). Кодовое имя: P9. Технические характеристики: 275000 транзисторов; тактовая частота: 16-32 МГц; процессор 32-разрядный; шина данных 32-разрядная (16-32Мгц); адресная шина 32-разрядная; общая разрядность: 32.
1988г. Intel® 386™ SX
Low-End версия Intel® 386™ DX. Кодовое имя: P9. Технические характеристики: 275000 транзисторов; тактовая частота: 16-32 МГц; процессор 32-разрядный; шина данных 16-разрядная (16-32Мгц); адресная шина 24-разрядная; общая разрядность: 16.
1989г. Intel® 486™ DX
Первый процессор со встроенными КЭШем первого уровня и математическим сопроцессором (FPU), который существенно ускорил обработку данных. Кодовое имя: P4. Технические характеристики: 1,25 млн. транзисторов; тактовая частота: 25-50 МГц; КЭШ первого уровня: 8 Кб; КЭШ второго уровня на материнской плате (до 512 Кб); процессор 32-разрядный; шина данных 32-разрядная (20-50Мгц); адресная шина 32-разрядная; общая разрядность: 32.
1990г. Intel® 386™ SL
Мобильная версия 386-го процессора. Кодовое имя: P9. Технические характеристики: 275000 транзисторов; тактовая частота: 20-25 МГц; процессор 32-разрядный; шина данных 16-разрядная (20-25 Мгц); адресная шина 24-разрядная; общая разрядность: 16.
1991г. Intel® 486™ SX
Low-End версия Intel® 486™ DX без FPU. Кодовое имя: P23. Технические характеристики: 0,9 млн. транзисторов; тактовая частота: 20-33 МГц; КЭШ первого уровня: 8 Кб; КЭШ второго уровня на материнской плате (до 512 Кб); процессор 32-разрядный; шина данных 16-разрядная (19-33 МГц); адресная шина 24-разрядная; общая разрядность: 16.
1992г. Intel® 486™ SL
Версия 486™ DX с расширенными возможностями - контроллер шины ISA, DRAM контроллер, контроллер локальной шины. Технические характеристики: 1,25 млн. транзисторов; тактовая частота: 25-33 МГц; КЭШ первого уровня: 8 Кб; КЭШ второго уровня на материнской плате (до 512 Кб); процессор 32-разрядный; шина данных 32-разрядная (20-33 Мгц); адресная шина 32-разрядная; общая разрядность: 32.
1992г. Intel® 486™ DX2
Первый полностью 32-х разрядный процессор. Кодовое имя: P24. Тех характеристики: 1,25 млн. транзисторов; тактовая частота: 50-66 МГц; КЭШ первого уровня: 8 Кб; КЭШ второго уровня на материнской плате (до 512 Кб); процессор 32-разрядный; шина данных 32-разрядная (25-33 МГц); адресная шина 32-разрядная; общая разрядность: 32.
1992г. Intel® 486™ SX2
Это тот же 486™ SX, но с частотой 50 МГц. Кодовое имя: P23. Технические характеристики: 0,9 млн. транзисторов; тактовая частота: 50 МГц; КЭШ первого уровня: 8 Кб; КЭШ второго уровня на материнской плате (до 512 Кб); процессор 32-разрядный; шина данных 16-разрядная (50 МГц); адресная шина 24-разрядная; общая разрядность: 16.
1993г. Intel® Pentium® (P5)
Pentium - первый процессор с двухконвейерной структурой. Носил кодовое имя P5 и выпускался в конструктиве под Socket 4. КЭШ-память впервые была разделена – 8 Кб на данные и 8 Кб на инструкции. Технические характеристики: 3,1 млн. транзисторов; технология производства: 0,8 мкм; тактовая частота: 60-66 МГц; КЭШ первого уровня: 16 Кб (8 Кб на данные и 8 Кб на инструкции); КЭШ второго уровня на материнской плате (до 1 Мб); процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (60-66 МГц); адресная шина 32-разрядная; общая разрядность: 32; разъём Socket 4.
1993г. Intel® Pentium® (P54C)
Повышение тактовой частоты потребовало перехода на более тонкий 0,50 мкм технологический процесс, а позднее 0,35 мкм. Кодовое имя: P54C. Технические характеристики: 3,3 млн. транзисторов; технология производства: 0,5-0,35 мкм; тактовая частота: 75-200 МГц; КЭШ первого уровня: 16 Кб (8 Кб на данные и 8 Кб на инструкции); КЭШ второго уровня на материнской плате (до 1 Мб); процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (50-66 МГц); адресная шина 32-разрядная; общая разрядность: 32; разъём Socket 5, позднее Socket 7.
1994г. Intel® 486™ DX4
Последняя "четвёрка" с увеличенным до 16 Кб КЭШем первого уровня. Кодовое имя: P24C. Тех характеристики: 1,6 млн. транзисторов; тактовая частота: 75-100 МГц; КЭШ первого уровня: 16 Кб; КЭШ второго уровня на материнской плате (до 512 Кб); процессор 32-разрядный; шина данных 32-разрядная (25-33 МГц); адресная шина 32-разрядная; общая разрядность: 32.
1995г. Intel® Pentium® Pro
Первый процессор шестого поколения. Впервые была применена КЭШ-память второго уровня, работающая на частоте ядра процессора. Процессоры имели очень высокую себестоимость изготовления и предназначались для мощных (по тем, временам) серверов, но имел один недостаток: плохую оптимизацию для 16-битного кода. Выпускался по технологии 0,50 мкм, а позднее по 0,35 мкм, что позволило увеличить объем КЭШ-памяти L2 с 256 до 512, 1024 и 2048 Кб. Кодовое имя: P6. Технические характеристики: 5,5 млн. транзисторов - процессор, 15,5-31 млн. транзисторов - КЭШ-память; технология производства: 0,5-0,35 мкм; тактовая частота: 150-200 МГц; КЭШ первого уровня: 16 Кб (8Кб на данные и 8Кб на инструкции); полноскоростной КЭШ второго уровня в одном корпусе с процессором 256 Кб-2 Мб); процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (60-66 МГц); адресная шина 32-разрядная; общая разрядность: 32; разъём Socket 8.
1997г. Intel® Pentium® MMX (P55C)
По мере увеличения доли мультимедиа в процессорных рассчетах, усиления требований игр было изобретено расширение MMX (Multi Media eXtention), содержащее 57 инструкций для вычислений с плавающей точкой, существенно увеличивающее производительность компьютера в мультимедиа-приложениях (от 10 до 60 %, в зависимомти от оптимизации). Кодовое имя: P55C. Технические характеристики: 4,5 млн. транзисторов; технология производства: 0,28 мкм; тактовая частота: 166-233 МГц; КЭШ первого уровня: 32 Кб (16 Кб на данные и 16 Кб на инструкции); КЭШ второго уровня на материнской плате (до 1 Мб); процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (60-66 МГц); адресная шина 32-разрядная; общая разрядность: 32; разъём Socket 7.
1997г. Intel® Pentium® MMX (Tillamook)
Вариант Pentium MMX для ноутбуков - имел пониженные напряжение ядра и мощность. Механически не был совместим с Socket 7, но имелся переходник на это гнездо. Кодовое имя: Tillamook. Технические характеристики: 4,5 млн. транзисторов; технология производства: 0,25 мкм; тактовая частота: 133-300 МГц; КЭШ первого уровня: 32 Кб (16 Кб на данные и 16 Кб на инструкции); КЭШ второго уровня на материнской плате (до 1 Мб); процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (60-66 МГц); адресная шина 32-разрядная; общая разрядность: 32; разъём TCP или MMC.
1997г. Intel® Pentium® II (Klamath)
Первый процессор из линейки Pentium II, вобравший в себя достоинства Pentium® Pro и Pentium® MMX. Выпускался в новом конструктиве Slot 1 - это краевой разъем с 242 контактами (картридж SECC), разработанный для процессоров модульной конструкции с КЭШ-памятью второго уровня, выполненной на дискретных микросхемах. Кодовое имя: Klamath. Технические характеристики: 7,5 млн. транзисторов; технология производства: 0,35 мкм; тактовая частота: 233-300 МГц; КЭШ первого уровня: 32 Кб (16 Кб на данные и 16 Кб на инструкции); КЭШ второго уровня (512 Кб) размещён на процессорной плате и работает на половине частоты ядра процессора; процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (66 МГц); адресная шина 64-разрядная; общая разрядность: 64; разъём Slot 1.
1998г. Intel® Pentium® II (Deschutes)
Процессор из линейки Pentium II, сменивший Klamath. Отличается от него более тонким технологическим процессом (0,25 мкм) и более высокими тактовыми частотами. Конструктив – картридж SECC, который в старших моделях был сменен на SECC2 (КЭШ с одной стороны от ядра, а не с двух, как в стандартном Deschutes; измененное крепление кулера). Кодовое имя: Deschutes. Технические характеристики: 7,5 млн. транзисторов; технология производства: 0,25 мкм; тактовая частота: 266-450 МГц; КЭШ первого уровня: 32 Кб (16 Кб на данные и 16 Кб на инструкции); КЭШ второго уровня (512 Кб) размещён на процессорной плате и работает на половине частоты ядра процессора; процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (66-100 МГц); адресная шина 64-разрядная; общая разрядность: 64; разъём Slot 1.
1998г. Intel® Pentium® II OverDrive
Вариант Pentium® II, предназначенный для апгрейда Pentium® Pro, т. е. для установки на материнские платы Socket 8. Кодовое имя: P6T. Технические характеристики: 7,5 млн. транзисторов; технология производства: 0,25 мкм; тактовая частота: 333 МГц; КЭШ первого уровня: 32 Кб (16 Кб на данные и 16 Кб на инструкции); КЭШ второго уровня 512 Кб; процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (66 МГц); адресная шина 64-разрядная; общая разрядность: 64; разъём Soket 8.
1998г. Intel® Pentium® II (Tonga)
Вариант Pentium® II для ноутбуков. Построен на 0,25 мкм ядре Deschutes. Кодовое имя: Tonga. Технические характеристики: 7,5 млн. транзисторов; технология производства: 0,25 мкм; тактовая частота: 233-300 МГц; КЭШ первого уровня: 32 Кб (16 Кб на данные и 16 Кб на инструкции); КЭШ второго уровня 512 Кб (работает на половине частоты ядра); процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (66 МГц); адресная шина 64-разрядная; общая разрядность: 64; разъём мини-картридж, MMC-1 или MMC-2.
1998г. Intel® Celeron® (Covington)
Первый вариант процессора из линейки Celeron®, построенный на ядре Deschutes. Для уменьшения себестоимости процессоры выпускались без КЭШ-памяти второго уровня и защитного картриджа. Конструктив – SEPP (Single Edge Pin Package). Отсутствие КЭШ-памяти второго уровня обуславливало их сравнительно низкую производительность, но и высокую способность к разгону. Кодовое имя: Covington. Технические характеристики: 7,5 млн. транзисторов; технология производства: 0,25 мкм; тактовая частота: 266-300 МГц; КЭШ первого уровня: 32 Кб (16 Кб на данные и 16 Кб на инструкции); КЭШ второго уровня отсутствует; процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (66 МГц); адресная шина 64-разрядная; общая разрядность: 64; разъём Slot 1.
1998г. Intel® Pentium® II Xeon
Pentium® II Xeon - серверный вариант процессора Pentium® II, котрорый производился на ядре Deschutes и отличался от Pentium® II более быстрой (полноскоростной) и более емкой (есть варианты с 1 или 2 Мб) КЭШ-памятью второго уровня и конструктивом - он выпускался в конструктиве Slot 2 - это тоже краевой разъем, но с 330 контактами, регулятором напряжения VRM, запоминающим устройством EEPROM. Выполнялся в SECC корпусе. Кодовое имя: Deschutes. Технические характеристики: 7,5 млн. транзисторов; технология производства: 0,25 мкм; тактовая частота: 400-450 МГц; КЭШ первого уровня: 32 Кб (16 Кб на данные и 16 Кб на инструкции); полноскоростной КЭШ второго уровня (512 Кб-2 Мб); процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (100 МГц); адресная шина 64-разрядная; общая разрядность: 64; разъём Slot 2.
