Классификация микропроцессоров

Выделяют два основных направления:

- однокристальные

- секционированные

Секционированные микропроцессоры:

на одном кристалле выполнен полностью микропроцессор (мп) на ограниченное кол-во разрядов (например 4) Секции соединяются между собой, следовательно происходит наращивание разрядности мп до требуемого числа разрядов. Программирование ведется на микропрограммном уровне.

Однокристальные микропроцессоры:

весь процессор выполнен на одном кристалле. Программирование ведется на уровне машинных команд. На 1-ой ступени развития целиком мп не удавалось выполнить на одном кристалле, тогда мп был разделен «горизонтальными плоскостями» на несколько кристаллов.

Микропроцессоры серии INTEL

м/п	Год выпуска	Частота МГц	Кол-во транзисторов тыс.шт	Разряд шины	Размер адресного пространства	Примечания
Intel 8086		5-10		Внутр внешн 16/16	1Мбайт	20 разрядов адресная шина
Intel 8088		5-8		16/8	1Мбайт	Использован в PC-XT
		10-16		16/16	16Мбайт	Шина адреса 24 разряда, исп в PC-AT
80386DX		20-33		32/32	4Гбайт	Шина адреса 32 разряда
80386SX		20-30		32/16	4Гбайт
80486DX		25-50		32/32	4Гбайт
80486DX2 DX4		До 133
80486SX		До 33		32/32	4Гбайт
Pentium		150-200	3.1 млн		4Гбайт
Pentium Pro		150-200	5.5 млн +15.5млн или 31млн		64Гбайт	5.5 млн на осн кристалле 15.5млн(КЭШ 256Кб) 31млн(КЭШ 500Кб)
Pentium MMX		166-266	4.5 млн.		64 Гбайт
Pentium 2		233-466	7 млн.		64 Гбайт
Celeron		266-300	7 млн.
Pentium III		500-1000	8.2 млн	----//----	----//----
Pentium IV		2-3 ГГц	55 млн
Pentium Prescott		от 3 ГГц	100 млн
Pentium M		1,3-2,2 ГГц	77-144 млн
Core Yonah		1-2 ГГц	155 млн
Core 2 Solo		1,6-3 ГГц	410 млн
Pentium Core i7		3 ГГц	774 млн			Core i7 все 4-х ядерные.   Nehalem Sandy Bridge
Pentium Core i5		3 ГГц
Pentium Core i3		3 ГГц
AMD Bulldozer		2,8 ГГц				L3 - 8 Мб

INTEL 8086,8088

Впервые идет совмещение обработки команд во времени.

 

Выделяются 2 устройства: операционное устройство (ОУ) и устройство шинного интерфейса (УШИ). УШИ предназначено для вычисления адресов и формирования запросов к памяти (ОП) к ВУ. В УШИ включён буфер команд емкостью 6 байт (очередь команд). Как только в буфере команд освободится 2 байта (внешняя шина данных и ширина выборки ОП 2 байта) УШИ формирует опережающий запрос в память за командами. ОУ выполняет команды, находящиеся в буфере команд. Если требуется обращение к памяти за операндами или по записи результата, то ОУ выставляет запрос к УШИ. Если УШИ свободно, то запрос выполняется сразу же, если УШИ занято выборкой команд, то после получения 2-х очередных байт обрабатывается запрос от ОУ. Т.о. выбор следующей команды начинается не по завершению предыдущей команды, а по наличию 2х свободных байт в буфере команд- принцип опережающей обработки. Снижение производительности происходит из-за появления команд перехода. При появлении команд перехода содержимое буфера обнуляется и буфер команд заполняется с команды, на которую осуществляется переход. Мультиплексированы шины данных и шины адреса.

 

Микропроцессор 8088

Внешняя шина данных 8 разрядов для совместимости с ранее разработанными ВУ. Для реализации плавающей точки в м/п 8086 и в 8088 для повышения производительности на материнской плате мог отдельно устанавливаться мп, аппаратно реализующий операции с плавающей точкой.

 

Тип операции	8087 Мкс	8086 и 8088 эмуляция мкс
+	17-18
*
√
Exp x

 

INTEL 80286

1.В отличие от 8086/8088 шина адреса и шина данных не мультиплексированы во времени (своя ША и ШД)

2. Разработчики предусмотрели реальный и защищенный режим. В защищённом режиме имеется возможность использования мультипрограммирования.

3. Конвейерная обработка команд

Для м/п INTEL 80286 число ступеней конвейера равно 4.

 

INTEL 80386 DX

Первый 32-х разрядный м/п. Уже в PC впервые поддерживается Windows. Работает как в реальном, так и в защищенном режиме. Поддерживается виртуальный режим м/п 8086 (если параллельно запущенно несколько задач, то каждая задача обрабат. на м/п 8086

 

INTEL 80386 SX

Уменьшены внешние шины данных с 32 до 16 разрядов, было вызвано совместимостью с ВУ, которые работали с м/п 80286

INTEL 80486 DX

1. Впервые сопроцессор с плавающей точкой был встроен в кристалл м/п. В предыдущих моделях сопроцессор с плавающей точкой реализован на отдельном кристалле. Сопроцессор стал работать на тактовой частоте основного процессора и произошло увеличение производительности в 2 раза.
2. Внутрь самого кристалла был встроен КЭШ 1-го уровня, его емкость 8 Кбайт. КЭШ 2-го уровня располагалась отдельно на материнской плате и его объем 256Кбайт и 512Кбайт. Впервые КЭШ на материнской плате стал использоваться совместно с 80386 микропроцессором.
3. Был усовершенствован механизм обработки команд, используется 5-ти ступенчатый конвейер, в среднем обеспечивается обработка 1-й команды за 1 такт.

DX2 – удвоение тактовой частоты

DX4 – утроение тактовой частоты

 

PENTIUM

 

 

1. Впервые появился отдельно КЭШ команд и КЭШ данных, каждый по 8Кбайт.
2. Впервые появляется суперскалярная обработка команд. В структуре имеется 2 АЛУ, которые параллельно обрабатывают независимые команды.
3. Впервые аппаратно реализован блок предсказания переходов.
4. Операции с плавающей точкой обрабатываются в конвейерном режиме.

PENTIUM PRO

1. В кристалле встроен КЭШ 1-го уровня на 16 Кбайт и КЭШ 2-го уровня либо на 256Кбайт либо на 512Кбайт. КЭШ 2-го уровня работает на тактовой частоте самого м/п, т.к встроен в кристалл.

2. В следующей модели фирма Intel отказалась от встроенного КЭШ 2-го уровня в кристалле, т.к. увеличился процент брака.

3. В Pentium Pro используют 14-ступенчатый конвейер.

4. В Pentium Pro (c него начинается серия Р6) используется конвейер с изменяемой последовательностью команд. Зависимая команда, поступающая на вход конвейера, не сдерживает выполнение следующей за ней независимой команды в окне просмотра. В предыдущих моделях зависимая команда блокировала выполнение всех следующих за ней команд.

 

PENTIUM MMX

Структура соответствует Pentium, однако увеличен КЭШ 1-го уровня до 32Кбайт (16 КЭШ команд +16 КЭШ данных)

Добавлено 57 новых команд для обработки видео изображения.

 

PENTIUM 2

Это есть Pentium Pro + Pentium MMX. Однако КЭШ 2-го уровня вынесен из кристалла и помещен на подложку в одном корпусе с основным кристаллом, работал на 0.5 тактовой частоте.

 

CELERON

Из подложки удален КЭШ 2-го уровня. Резко падает производительность системы. Начиная с модели 300А и выше, встраивается КЭШ внутрь кристалла на 128 Кбайт, который работает на частоте ЦП.

 

PENTIUM III

Структура Pentium 2, добавлены команды для обработки видео изображения. В последующих моделях Pentium III КЭШ встраивается в кристалл на 256 Кбайт.

 

PENTIUM 4

Все Pentium 4: КЭШ в кристалле.

1. КЭШ 1-го уровня включает в младших моделях 8Кбайт данных, 12 Кбайт КЭШ, которая хранит микрокоманды. КЭШ 2-го уровня встроен в кристалл
2. Число ступеней конвейера 20.(гиперконвейерная обработка) В КЭШ 1-го уровня поступают декодированные команды(хранится в КЭШ 1-го уровня микропрограмма), и за 1 такт декодирует одновременно 3 команды. В КЭШ хранится несколько цепочек микрокоманд. Если направление перехода выбрано не верно, происходит обращение в КЭШ 1-го уровня и выбирается другая цепочка микрокоманд.
3. Память расширена до 16 Кбайт(в последних моделях)
4. Существует 2 параллельно работающих АЛУ. С 2002г. Pentium 4 оснащается специально BIOS, который поддерживает гипертрейдинг: т.к. число блоков конвейера велико, то одновременно часть блоков может простаивать. Потому эти свободные блоки загружаются другой задачей.

 

 

PRESCOTT

31 ступень конвейера (гиперконвейрная обработка). КЭШ в кристалле увеличена до 1 Мб. КЭШ 3-го уровня 2Мб помещен на материнскую плату. Появляется новая обработка – гипертрейдинг. Чтобы заполнить 20-30 ступеней в КЭШ 1-го уровня находятся трассы микропрограмм. Гипертрейдинг – это псевдомультипрограммный режим, т.е на свободные блоки конвейера запускают вторую задачу, т.е одновременно обрабатываются 2 задачи.

 

PENTIUM D

На одной подложке (кристалле) помещены 2 ядра Prescott (каждый со своим КЭШ), отключив гипертрейдинг.

PENTIUM M

КЭШ 1-го уровня увеличена до 64 Кб. (архитектура P6 (продолжение Pentium III) 32Кб команд, 32Кб данных. КЭШ 2-го уровня 1-2Мб встроен в кристалл. Количество обрабатываемых блоков 9 штук.

CORE 2

КЭШ 1-го уровня увеличен до 2-4 Мб. КЭШ команд 32 Мб, КЭШ данных 32 Кб. Добавляется четвертый простой декодер. Число обрабатываемых блоков 11 штук: АЛУ с фиксированной точкой 3 штуки по 64 разряда, 2 шт. АЛУ с плавающей точкой 128р. Команды видеорежима 3 блока 128р. 3 блока обращения к памяти. Intel впервые в Core и Core 2 для двуядерных процессоров использовал общую КЭШ 2-го уровня. В Core 2 имеется связь между отдельными ядрами.

 

PENTIUM CORE i7

Взяли ядро из Core 2. Только 4-х ядерные. КЭШ 1-го уровня по 64 Кб. КЭШ команд 32 Мб, КЭШ данных 32 Кб. КЭШ 2-го уровня по 256 Кб. Появилась КЭШ 3-го уровня 8 Мб. 30 ступеней конвейера. Гипертрейдинг (для Pentium 4 Prescott, а дальше стал использоваться в Core i7). Турбо режим. 8 потоков данных, 4 процессорных модуля, каждый обрабатывает по 2-а потока данных.

 

PENTIUM CORE i3, i5

Упрощенная версия Core i7. 4 потока данных 2 процессорных модуля + гипертрейдинг или 4 процессорных модуля без гипертрейдинга. Есть турбо режим для Core i5. КЭШ 3-го уровня 6 Мб. Появились еще Nehalem – это есть Core i7 + Core i5 + Core i3 и Sandy Bridge (январь 20011г.).

 

AMD BULLDOZER

8-ми ядерный. L2 – общая на 2Мб; общий декодер; общий блок вычисления с плавающей точкой; 2 обрабатывающих ядра. Гипертрейдинг. Турбо режим. Новый контроллер оперативной памяти DDR3.