Реферат: Процессоры

- Спекулятивное исполнение: исполняет инструкции в соответствии с оптимизированным графиком (спекулятивно), обеспечивая загруженность блоков суперскалярного исполнения и повышая общую производительность.

Технология MMX

Технология MMX содержит новые инструкции и типы данных, позволяющие достигать новых уровней производительности. Технологи MMX представляет собой набор базовых целочисленных инструкций общего назначения, которые могут быть легко использованы в мультимедийных и коммуникационных приложениях. Основные особенности технологии MMX:

- Использование метода обработки множественных данных в одной инструкции (Single Instruction, Multiple Data - SIMD)

- 57 новых инструкций

- Восемь 64-разрядных регистров

- Четыре новых типа данных

Другие возможности

- Высокопроизводительная архитектура двойной независимой шины (системная шина и шина кэш) обеспечивает повышение пропускной способности и производительности, а также масштабируемость при использовании будущих технологий.

- Системная шина поддерживает множественные транзакции, что повышает пропускную способность. Она обеспечивает поддержку до двух процессоров, что позволяет получить недорогое решение, обеспечивающее существенное повышение производительности многозадачных операционных систем и приложений.

- 512 Kб общей неблокируемой кэш-памяти второго уровн повышают производительность, снижая среднее время доступа к памяти и обеспечивая быстрый доступ к используемым инструкциями и данным. Производительность повышается и за счет использования выделенной 64-разрядной шины кэш-памяти. Тактовая частота шины кэш второго уровня определяется тактовой частотой процессора. Так, если частота процессора составляет 266 МГц, то частота шины кэш равна 133 МГц, что вдвое больше скорости доступа к кэш процессора Pentium. Для будущих процессоров Pentium II планируется использовать шины кэш с ECC. Процессор имеет также раздельные кэш первого уровня (16К/16К), каждая из которых вдвое больше объема кэш процессора Pentium Pro. Конвейерный блок вычислений с плавающей запятой (FPU) поддерживает определенные стандартом IEEE 754 32- и 64-разрядные форматы данных, а также формат 80-bit. При работе с тактовой частотой 300 МГц блок выполняет более 300 млн инструкций с плавающей запятой в минуту (MFLOPS).

- Защита по четности сигналов адресации/запроса и ответа системной шины с возможностью повторения обеспечивает высокую надежность и интеграцию данных.

- ECC (Error Correction Code) позволяет корректировать 1-битные и выявлять 2-битные ошибки системной шины.

Процессор Pentium II также имеет несколько функций тестирования и контроля производительности. Это:

- Встроенный Self Test (BIST) обеспечивает единичное константное восстановление ошибок микрокода и больших логических устройств, а также тестирование кэш инструкций, кэш данных, буферов Translation Lookaside (TLB) и ROM.

- Порт доступа к стандартному тесту IEEE 1149.1 и механизм сканирования границ позволяют производить тестирование процессора Pentium II и соединений системы с помощью стандартного интерфейса.

- Встроенные счетчики производительности обеспечивают управление производительностью и подсчет событий.

Тактовая частота        233 MHz(1)    266 MHz(1)    300 MHz(2)

Объем кэш                  512KB                        512KB                        512KB

SPECint95                   9.49                 10.80               11.60

SPECfP95                    6.43                 6.89                 7.20

IntelMedia Benchmark            310.40             350.77             --

ICOMP INDEX 2.0    267                  303                  --

(1) - Вариант с кэш второго уровня без ECC.

(2) - Для рабочих станций с кэш второго уровня с ECC.

Процессор Pentium II может иметь некоторые дефекты архитектуры или ошибки, так называемые errata. Текущие errata доступны по требованию.

Pentium MMX (для мобильных систем)

Технология MMX и новый 0.25-микронный производственный процесс

Семейство процессоров Pentium для мобильных ПК призвано обеспечить наивысшую на сегодня производительность мобильных компьютеров. Компьютеры на базе мобильных процессоров Pentium с технологией MMX+ показывают отличную производительность при работе с графикой, видео- и аудио- приложениями. Новый 0.25-микронный технологический процесс Intel позволяет увеличить тактовую частоту процессора на 40%, сократив при этом расход энергии почти на 50% по сравнению с предыдущими высокопроизводительными процессорами для мобильных ПК. Это дает пользователям целый ряд преимуществ - от значительного повышения общей производительности до серьезного увеличения времени автономной работы. Тактовая частота увеличена до 233 МГц, расход энергии снижен почти на 50%

Технология производства микропроцессоров обычно характеризуется минимальным возможным размером элемента - чем меньше кристалл, тем с большей скоростью может работать схема. 0.25-микронная технология позволяет создавать элементы, имеющие вдвое меньшую площадь по сравнению с возможностями 0.35-микронной технологии (обычно применяемой в производстве самых быстрых устройств).

Благодаря постоянной работе над проблемой уменьшения размера микросхем и минимальных элементов, Intel выпускает все более производительные процессоры. Кроме того, уменьшение размера схемы позволяет разместить на кремниевой пластине большее количество кристаллов - это дает возможность быстрее удовлетворить спрос на высокопроизводительные мобильные процессоры.

Что дает использование 0.25-микронной технологии?

Тактовая частота процессора при использовании 0.25-микронной технологии может быть поднята до 233 МГц. Кроме того, применение этой технологии впервые позволило снизить напряжение питания до уровня ниже 2 Вольт. В результате потребляемая мощность снизилась почти на 50% при значительном увеличении производительности. (Потребляемая мощность мобильного процессора Pentium с технологией MMX с тактовой частотой 166 МГц составляет 7.7 Ватт и менее 4 Ватт для нового процессора с частотой 233 МГц.)

Такое снижение потребляемой мощности позволяет, с одной стороны, продлить время автономной работы от батареи, а с другой стороны - установить в мобильный компьютер более производительные периферийные устройства: улучшенный вариант дисплея, более емкий жесткий диск, быстрый CD-ROM и дополнительную память.

Технология MMX в мобильных процессорах Intel

Технология Intel MMX  наиболее существенное за последнее время расширение архитектуры процессоров Intel. Эта технология основана на использовании метода SIMD  одна команда, много данных  и позволяет значительно ускорить работу с мультимедийными и коммуникационными приложениями. Принципы технологии MMX реализованы в 57 дополнительных командах; их желательно применять для ускорения операций по обработке графики, звука и видеоизображения. Основная функция этих команд - оптимизация исполнения стандартных для мультимедиа-приложений циклов, позволяющая процессору выполнять несколько операций параллельно. Хотя такие циклы обычно занимают небольшую часть кода программы, время, затрачиваемое на их исполнение, может быть весьма существенным.

Управление питанием

Все семейство мобильных процессоров Pentium поддерживает расширенный набор функций управления питанием и терморежимом. Основой системы управления питанием, реализованной в процессорах Intel, являются функции Режима управления системой (ISMM). Этот режим предусматривает переключение различных элементов системы в состояние замедления, остановки и даже выключения, сберегая таким образом энергию аккумулятора. Более того, благодаря применению 0.25-микронной технологии в производстве новейших мобильных процессоров с тактовой частотой 200 и 233 МГц, появилась новая возможность дополнительного снижения энергопотребления компьютера. В этих процессорах используется усовершенствованная технология понижения напряжения, разработанная компанией Intel: в то время, как внешние сигналы процессора имеют напряжение 2.5 В, ядро процессора питается от источника 1.8 В.

Мобильный Модуль

Мобильные процессоры Pentium с технологией MMX выпускаются в двух вариантах: в 320-контактном Планарно-Ленточном Корпусе ( Tape Carrier Package, TCP) и в виде Мобильного Модуля.

Мобильный Модуль представляет собой унифицированный элемент, содержащий мобильный процессор Pentium и предназначенный для быстрого перехода на процессоры Pentium с технологией MMX уже сейчас и на процессоры следующих поколений в будущем.

Мобильный Модуль имеет стандартный форм-фактор, облегчающий разработку систем на основе новых процессоров. Он представляет собой высокоинтегрированный модуль, содержащий собственно процессор, а также все электронные схемы, необходимые для непосредственной поддержки его работы. Мобильный Модуль полностью поддерживает функции управления

питанием.

Несмотря на то, что применение Мобильного Модуля широко распространено в производстве, использование процессора в корпусе TCP более предпочтительно для создания компактных и легких мобильных ПК. Миниатюрный размер и удачные температурные характеристики TCP позволяют дополнительно сэкономить место, столь дефицитное для компьютеров этого класса.

AMD

AMD K5

Процессор фирмы AMD Krypton-5 (K5). Эти процессоры построены по архитектуре x86-to-RISC86, принципиально отличной от архитектуры примененной в процессорах Intel Pentium, но они устанавливаются в тот же разъем Socket-7 на материнских платах и полностью совместимы с процессорами Pentium.

Процессор AMD K5 содержит 16 Кб кэш памяти для инструкций и 8 Кб для данных, напряжение питания процессора 3,3 В (STD). Использование другой архитектуры позволило при равных тактовых частотах на процессорах AMD K5 получить большую производительность, чем на процессорах Intel Pentium. Процессоры AMD K5-PR75, AMD K5-PR90 и AMD K5-PR100 работают на тактовых частотах соответствующих их P-рейтингам. В процессоры AMD K5-PR120, PR-133, PR-150 и PR-166 были внесены значительные конструктивные изменения по сравнению с предыдущими моделями и их производительность значительно повысилась. Они работают на частотах 90, 100, 120 и 133 МГц соответственно.

Использование новой архитектуры в процессорах K5 привело к сбоям в работе некоторых программ, написанных некорректно. Чаще всего это проявляется в том, что программа во время работы выдает ошибку Divide overflow (переполнение деления или деление на 0). Происходит это из-за того, что процессоры AMD K5 оказались "слишком умными". Дело в том, что некоторые программы используют "пустой цикл" - небольшой многократно повторяющийся участок программы, на котором ничего не происходит (например, по времени исполнения "пустого цикла", можно определить скорость работы процессора). "Умный" AMD K5 видит, что в этом цикле ничего не происходит и не выполняет его. Это приводит к тому, что программа, замеряющая время работы пустого цикла на процессоре K5, получает время равное нулю, и при попытке деления константы на полученное время возникает ошибка. Таких программ остается все меньше и меньше, и обычно эти ошибки проявляются только при работе под DOS.

Для процессора K5 существует стандартная программа, которая отключает предсказание переходов (снижая производительность процессора, но обеспечивая корректную работу без сбоев) и обеспечивает скорость выполнения циклов на уровне Pentium. Аналогичного результата можно добиться путем отключения кэша, что, правда, еще сильнее снизит производительность, сводя на нет все выгоды покупки более быстрого процессора. Отметим, что в процессор AMD K5 добавлены несколько новых по сравнению с Pentium инструкций. Эти инструкции могут использоваться отладчиками для более эффективной работы.

Процессоры AMD отличаются более высокой производительностью при выполнении целочисленных операций (к ним относятся большинство бизнес-приложений и игр) и более низкой скоростью работы математического сопроцессора (используемого AUTOCAD, многими научными программами и, как это не печально, популярной игрой Quake). AMD всегда славилась своей жесткой ценовой политикой - цены на процессоры у этой фирмы гораздо ниже чем у Intel, что зачастую определяет выбор покупателя в сторону AMD. Процессоры AMD K5 являются недорогим решением, если вам нужен Pentium совместимый компьютер. Но обратной стороной медали является то, что может понадобиться дополнительное время на наладку системы и исправление программ с ошибками.

AMD K6

Процессор, построенный по x86-to-RISC86 технологии, может выполнять до 6 инструкций RISC86 одновременно. Он устанавливается в разъем Socket 7 и может быть использован в платах, предназначенных для процессоров Pentium. В отличие от своих собратьев - процессоров Pentium MMX и Cyrix 6x86MX, он программно совместим с процессором Pentium Pro и работает с MMX инструкциями, что делает его сравнимым с процессором Pentium II фирмы Intel. Процессоры K6 содержат 32 Кб кэш памяти для инструкций и 32 Кб для данных, а также таблицу истории переходов на 8192 записи для предсказания переходов.

Для процессоров AMD K6 PR2-166 и AMD K6 PR2-200 требуется двойное питание 2,9/3,3 В, для AMD K6 PR2-233 необходимо напряжение 3,2/3,3 В.

Процессоры AMD K6 за счет невысокой цены и возможностям аналогичным процессору Pentium II могут стать серьезными конкурентами процессорам Pentium MMX и Pentium II фирмы Intel. Эти процессоры хорошо использовать при апгрейде (обновлении) компьютеров на базе Pentium совместимых процессоров, так как при этом не требуется замена материнской платы. В отличие от Pentium Pro, AMD K6 одинаково хорошо работает с 16 битными и с 32 битными задачами, поэтому его одинаково хорошо использовать для серьезных научных задач, для бизнес-приложений, для просмотра Video и для игр под Windows и под DOS.

CYRIX

Cyrix 6x86 / 6x86L

Устанавливаются в разъем Socket-7. По характеристикам они более похожи на AMD K5 нежели на Intel Pentium, но выполнены как и Pentium по CISC-архитектуре. В кристалл процессора Cyrix 6x86 (он же M1 или Spike) встроены 16 Кб общей кэш памяти для инструкций и данных и буфер емкостью 256 байт для последних инструкций. Буфер способствует ускорению выполнения коротких циклов, вследствие чего простенькие тесты, основанные на измерении времени выполнения цикла показывают огромную производительность (отсюда рекордные показатели по тестам SysInfo).

Для Cyrix 6x86 тоже существуют программы позволяющие затормозить выполнение циклов, предназначенные для устранения ошибки Divide overflow в некорректно написанных программах. Математический сопроцессор 6x86 несколько слабее, чем сопроцессор в Pentium. Процессор 6x86 работает от источника напряжением 3,3 В (STD) или 3.52 В (VRE). Существует версия процессора 6x86L с двойным питанием 2,8/3,3 В. Она отличается пониженным (более чем на 25%) тепловыделением.

На данный момент продаются следующие модификации процессора Cyrix 6x86: Cyrix 6x86 PR120+ (тактовая частота 100 МГц), Cyrix 6x86 PR150+ (частота 120 МГц), Cyrix 6x86 PR166+ (частота 133 МГц), Cyrix 6x86 PR200+ (частота 150 МГц - необходима плата с поддержкой частоты шины 75 МГц). Цены - между соответствующими по производительности процессорами AMD и Intel.

Так как математический сопроцессор у таких процессоров быстрее чем у процессоров AMD K5, то такие процессоры хорошо использовать и для научных задач, и для игр, и для бизнес-приложений. Этот процессор, как и AMD K5 является недорогой альтернативой Pentium, но может потребоваться дополнительная настройка системы и применение специальных программ в случае, если вы используете старые версии программ рассчитанные только на процессоры Intel. Такой процессор можно купить, если вы не поленитесь хорошо разобраться во внутренностях компьютера (или вы можете найти человека, который вам поможет). Перед тем, как сделать покупку, надо убедиться, что вы сможете его установить и настроить компьютер на работу с ним. Далеко не любая материнская плата сумеет правильно распознать этот процессор. Если вы покупали плату давно, то она может запросто отказаться работать с Cyrix 6x86.

Cyrix 6x86MX

Процессор Cyrix 6x86MX (он же M2) с поддержкой инструкций MMX и кэш памятью, увеличенной до 64 Кб. Процессор использует двойное питание 2,9/3,3 В и устанавливается в разъем Socket-7. Производятся Cyrix 6x86MX-PR166GP с тактовой частотой 133 МГц, Cyrix 6x86MX-PR200GP с частотой 166 МГц и Cyrix 6x86MX-PR233 с частотой 188 МГц. Его можно использовать для новых игр с поддержкой MMX, для просмотра видео, для научных и бизнес-приложений.

Этот процессор может послужить недорогой альтернативой Pentium MMX, но необходимо учитывать, что это не копия процессора Intel, и может потребоваться дополнительная настройка и поддержка со стороны материнской платы.