Параметри процесорів

Розглянемо деякі характеристики процесорів, зокрема розрядність шини даних і шини адреси, а також швидкодію.

Процесори можна класифікувати за двома основними параметрами: розрядністю і швидкодією.

Швидкодія процесора – досить простій параметр. Воно вимірюється в мегагерцах (Мгц); 1 Мгц дорівнює мільйону тактів за секунду. Чим вище швидкодія, тим краще (тим швидше процесор). Розрядність процесора – параметр складніший. У процесор входить три важливі пристрої, основною характеристикою яких є розрядність:

· шина введення і виведення даних;

· внутрішні регістри;

· шина адреси пам'яті.

Процесори з тактовою частотою менше 16 Мгц не мають вбудованої кеш-пам'яті. У системах до 486-го процесора швидка кеш-пам'ять встановлювалася на системну плату. Починаючи з процесорів 486, кеш-пам'ять першого рівня встановлювалася безпосередньо в корпусі і працювала на частоті процесора. А кеш-пам'ять на системній платі почали називати кеш-пам'яттю другого рівня. Вона працювала вже на частотах, підтримуваних системною платою.

У процесорах Pentium Pro і Pentium II кеш-пам'ять другого рівня встановлюється в корпусі й фізично представляє окрему мікросхему. Найчастіше така пам'ять працює на половинній (процесори Pentium II/III і AMD Athlon) або навіть меншій (дві п'ятих або третина) частоті ядра процесора.

Швидкодія – це одна з характеристик процесора, яку часто тлумачать по-різному. Швидкодія комп'ютера багато в чому залежить від тактової частоти, зазвичай вимірюваної в мегагерцах (Мгц). Мікросхеми звичайного комп'ютера працюють на частоті декількох мільйонів герц. (Герц – одне коливання за секунду.) Швидкодія вимірюється в мегагерцах, тобто в мільйонах циклів за секунду. Найменшою одиницею вимірювання часу (квантом) для процесора як логічного пристрою є період тактової частоти, або просто такт. На кожну операцію витрачається мінімум один такт. Наприклад, обмін даними з пам'яттю процесор Pentium II виконує за три такти плюс декілька циклів очікування. (Цикл очікування – цетакт, в якому нічого не відбувається; він необхідний тільки для того, щоб процесор не “тікав” вперед від менш швидкодіючих вузлів комп'ютера.)

Розрізняється і час, що витрачається на виконання команд.

У процесорах 8086 і 8088 на виконання однієї команди йде приблизно 12 тактів.

Процесори 286 і 386 зменшили час на виконання команд приблизно до 4,5 тактів. Процесор 486 і велика частина Intel-сумісних процесорів четвертого покоління, таких, як AMD 5x86, зменшили цей параметр до 2 тактів. Серія Pentium, K6. Архітектура процесорів Pentium та інших Intel-сумісних процесорів п'ятого покоління, створених AMD і Cyrix, що включає подвійні конвеєри команд та інші удосконалення, забезпечила виконання однієї або двох команд за один такт.

Pentium Pro, Pentium II/III/Celeron і Athlon/Duron. Процесори класу P6, а також інші процесори шостого покоління, створені компаніями AMD і Cyrix, дозволяють виконати мінімум три команди за один такт.

Тактова частота процесора. Майже всі сучасні процесори, починаючи з 486DX2, працюють за тактовою частотою, яка дорівнює добутку деякого множника на тактову частоту системної плати. Наприклад, процесор Celeron 600 працює за тактовою частотою, що в дев'ять разів перевищує тактову частоту системної плати (66 Мгц), а Pentium III 1000 – за тактовою частотою, що в сім з половиною разів перевищує тактову частоту системної плати (133 Мгц). Більшість системних плат працювали за тактовою частотою 66 Мгц; саме таку частоту підтримували всі процесори Intel до початку 1998 року, і лише недавно ця компанія розробила процесори і набори мікросхем системної логіки, які можуть працювати на системних платах, розрахованих на 100 Мгц. Деякі процесори компанії Cyrix розроблені для системних плат, розрахованих на 75 Мгц, і багато системних плат, призначених для Pentium, також можуть працювати на цій частоті.

Наприкінці 1999 року з'явилися набори мікросхем і системні плати з тактовою частотою 133 Мгц, що підтримують усі сучасні версії процесора Pentium III. До 2001 року швидкодія шин процесорів AMD Athlon і Intel Itanium збільшилася до 266 Мгц, а шини процесора Pentium 4 – до 400 Мгц. На сьогоднішній час швидкодія шини складає 800 Мгц.

Шина даних. Однією з найзагальніших характеристик процесора є розрядність його шини даних і шини адреси. Шина– це набір з'єднань, по яких передаються різні сигнали. У звичайному комп'ютері є декілька внутрішніх і зовнішніх шин, а в кожному процесорі – дві основні шини для передачі даних і адрес пам'яті: шина даних і шина адреси. Коли йдеться про шину процесора, найчастіше мають на увазі шину даних, представлену як набір з'єднань (або виведеннів) для передачі або приймання даних. Дані в комп'ютері передаються у вигляді цифр через однакові проміжки часу. Для передачі одиничного біта даних у певний часовий інтервал посилається сигнал напруги високого рівня, а для передачі нульового біта даних – сигнал напруги низького рівня (близько 0 В). У процесорах 286 і 386SX для передачі й приймання двійкових даних використовується 16 з'єднань, тому в них шина даних вважається 16-розрядною. У 32-розрядного процесора, наприклад 486 або 386DX, таких з'єднань удвічі більше, тому за одиницю часу він передає удвічі більше даних, ніж 16-розрядний. Сучасні процесори типу Pentium мають 64-розрядні зовнішні шини даних.

Внутрішні регістри. Кількість бітів даних, які може обробити процесор за одне приймання, характеризується розрядністювнутрішніх регістрів. Регістр– це, по суті, елемент пам'яті усередині процесора; наприклад, процесор може складати числа, записані в двох різних регістрах, а результат зберігати в третьому регістрі. Розрядність регістра визначає кількість розрядів оброблюваних процесором даних, а також характеристики програмного забезпечення і команд, що виконуються чіпом. Наприклад, процесори з 32-розрядними внутрішніми регістрами можуть виконувати 32-розрядні команди, які обробляють дані 32-розрядними порціями, а процесори з 16-розрядними регістрами цього робити не можуть. В усіх сучасних процесорах внутрішні регістри є 32-розрядними. Процесор Itanium має 64-розрядні внутрішні регістри, які необхідні для повнішого використання функціональних можливостей нових версій операційних систем і програмного забезпечення.

Шина адреси. Шина адреси є набором провідників; ними передається адреса елементу пам'яті, до якої або з якої пересилаються дані. Як і в шині даних, кожним провідником передається один біт адреси, відповідно до однієї цифрі в адресі. Збільшення кількості провідників (розрядів), використовуваних для формування адреси, дозволяє збільшити кількість комірок, що адресуються. Розрядність шини адреси визначає максимальний об'єм пам'яті, що адресується процесором.

Кеш-пам'ять першого рівня. У всіх процесорах, починаючи з 486-го, є вбудований (першого рівня) кеш-контролер зкеш-пам'яттю об'ємом8 Кбайт в процесорах 486DX, а також 32, 64 Кбайт і більш в сучасних моделях. Кеш – це швидкодіюча пам'ять, призначена для тимчасового зберігання програмного коду і даних. Звернення до вбудованої кеш-пам'яті відбуваються без станів очікування, оскільки її швидкодія відповідає можливостям процесора, тобто кеш-пам'ять першого рівня (або вбудований кеш) працює за частотою процесора.

Використання кеш-пам'яті зменшує традиційний недолік комп'ютера, який полягає в тому, що оперативна пам'ять працює повільніше, ніж центральний процесор (так званий ефект “темно-зеленої шийки”).

У сучасних процесорах вбудований кеш грає ще важливішу роль, тому що він найчастіше – єдиний тип пам'яті в усій системі, який може працювати синхронно з процесором. У більшості сучасних процесорів використовується множник тактової частоти, отже, вони працюють за частотою, що у декілька разів перевищує тактову частоту системної плати, до якої вони підключені. Наприклад, тактова частота (1 Ггц), за якою працює процесор Pentium III, у сім з половиною разів перевищує тактову частоту 133 Мгц системної плати. Оскільки оперативну пам'ять підключено до системної плати, вона також може працювати тільки за тактовою частотою, що не перевищує 133 Мгц.

Кеш-пам'ять другого рівня. Для того, щоб зменшити відчутне уповільнення системи, що виникає при кожному промаху Кеша, задіюється кеш-пам'ять другого рівня.

Системотехніки і фахівці з розробки процесорів компаній Intel і AMD розробили методи підвищення ефективності кеш-пам'яті другого рівня. У системах класу Pentium (P5) кеш-пам'ять другого рівня зазвичай встановлюється на системній платі і працює, відповідно, за її тактовою частотою. Intel значно підвищила продуктивність процесорів, перемістивши кеш-пам'ять із системної плати безпосередньо в процесор, що збільшило її робочу частоту до частоти процесора. Спочатку мікросхеми Кеша встановлювалися в одному корпусі разом з основним процесором. Але виявилося, що така конструкція багато коштує, тому, починаючи з процесорів сімейства Pentium II, компанія Intel почала купувати мікросхеми кеш-пам'яті у сторонніх виробників (Sony, Toshiba, NEC, Samsung тощо) і встановлювати в картрідж процесора.

Мікросхеми поставлялися вже в готовому вигляді, в корпусному виконанні, тому Intel почала їх встановлювати на монтажній платі поряд з процесором.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: