Классификация персональных компьютеров PC 99



 

В отличие от классификации компьютеров вообще, существует классификация персональных компьютеров. Спецификация «PC 99 System Design Guide», созданная Intel и Microsoft, более чем на 500 страницах определяет образ ПК 1999 -2000 гг. Целями создания данной спецификации были: повышение качества компьютерного оборудования и программных продуктов для повышения удовлетворенности пользователей и снижения цены владения, обеспечение поддержки новшеств Windows 98, содействие внедрению новых технологий.

В соответствии со спецификацией PC 99 современные компьютеры предложено разделять на следующие категории:

• Consumer PC (потребительский ПК);

• Office PC (ПК для использования в офисе);

• Entertainment PC (ПК развлекательного назначения);

• Mobile PC (мобильный ПК);

• Workstatoin PC (рабочая станция).

Consumer PC предназначается для работы вне локальной сети, в составе глобальной сети Internet. Роль компьютера: обучение, игры, малый домашний офис (сектор SOHO –Small Office/Home Office). Компьютер должен иметь возможность для подключения к Internet через модем, относительно мощный графический контроллер. Рекомендуется наличие устройства, позволяющего заменять периферию, не открывая корпус и не перезагружая компьютер (Device Bay).

Office PC отличается от Consumer PC, в основном, уменьшенными расходами на общую стоимость владения (ТСО), поддержкой перезаписываемого BIOS, удаленной загрузкой, возможностью работы в составе локальной вычислительной сети.

КEntertainment PCпредъявляются следующие требования: высококачественная Hi-Fi аудио под –система, наличие высокопроизводительного трехмерного графического контроллера с поддержкой отображения на полный экран DVD-фильмов и цифрового телевидения DTV (Digital Television), возможность подключения к мониторам с большим размером экрана, а также телевизорам, поддержка аналогового и цифрового телевидения, поддержка подключения через USB или IEЕЕ 1394 различных устройств (камкодеры, видеомагнитофоны и т.д.).

Требования кMobile PCограничиваются необходимостью снижения веса и увеличения продолжительности работы от аккумуляторов.

Workstation PCдолжны превосходить по своим возможностям Office PC и предназначены для ресурсоемких задач, требующих интенсивных вычислений (CAD/CAМ, финансовые приложения, разработка программного обеспечения и так далее).

 

Классификация по принципу архитектуры микропроцессоров

Архитектура микропроцессоров также может быть существенным основанием для разделения компьютеров, содержащих:

• RISC (Reduced Instruction Set Computer) – микропроцессор с сокращенным набором команд;

• CISC – микропроцессор со сложным набором команд;

• EPIC (Explicitly Parallel Instruction Computing) – технологию вычислений с явным параллелизмом.

Производители RISC-процессоров: Sun Microsystems (UltraSPARC II, III), DEC (Alpha 21164), HP(PA-7150, PA-8000), SGI (MIPS R-10000), IBM (PPC-601, PPC-604), Motorola (88000), NEC (VR4111).

К CISC-архитектуре относятся все выпускаемые процессоры архитектуры «х86»: Pentium, Pentium Pro, Pentium II, III и 4 корпорации Intel, а также процессоры AMD и Cyrix. Более подробно о представителях этой архитектуры пойдёт речь в параграфе «Центральный процессор».

Если суперскалярные RISC-процессоры могут сегодня выполнять до четырёх команд в одном цикле, в начале следующего века появятся процессоры, изготовленные по технологии EPIC [191;47]. Одним из первых процессоров, представителей технологии EPIC, видимо, станет Merced, проектируемыйпо технологии IA-64.

 

Структура персонального компьютера

 

В современный ПК входят следующие основные компоненты [202; 10]:

1) материнская плата (Motherboard), называемая ещё главной (Mainhoard) или системнойплатой;

2) CPU (Central Processing Unit) – центральный процессор; FPU (Floating Point Processing Unit) – сопроцессор;

3) винчестер или накопитель на жёстком магнитном диске, обозначенный в документации как HDD (Hard Disk Drive);

4) дисковод – для гибких магнитных дисков, FDD (Floppy Disk Drive);

5) RAM (Random Access Memory) оперативное запоминающее устройство (ОЗУ); ROM (Read Only Memory) – постоянное запоминающее устройство (ПЗУ);

6) графический контроллер – устройство, выполняющее графические операции и обработку видеоданных; акселератор – процессор, ускоряющий обработку видеоизображений;

7) монитор – блок с электронно-лучевойтрубкой;

8) элементы электрических соединений узлов и блоков состоят из переходных контактов, плоских кабелей и монтажных проводов;

9) корпус (case) – функциональный элемент, защищающий компоненты PC от внешнего воздействия и содержащий блок питания UPS – источник бесперебойного питания;

10) устройства ввода – клавиатура, мышь, трэкболл, джойстик, дигитайзер, сканер;

11) устройства вывода – принтер, плоттер;

12) мультимедиа компоненты – звуковая карта, CD-ROM, DVD-ROM, карты видео ввода-вывода;

13) устройства коммуникаций– факс, модем, сетевая карта.

 

Все категории компьютеров используют память нескольких типов:

• L1 – кэш-память первого уровня (реализуемая на процессоре).

• L2 – кэш-память второго уровня (располагаемая на материнской плате или на процессоре, к примеру Pentium II).

• RAM – оперативная память.

• Внешняя память (магнитные, магнитооптические и оптические носители).

Материнская плата

Материнская плата (МП) – основная составная часть любого персонального компьютера (PC). Производительность PC зависит от тактовой частоты материнской платы и количества данных, обрабатываемых в единицу времени. Основными компонентами, находящимися на МП являются:

1) CPU – процессор;

2) FPU – сопроцессор;

3) контроллер DMA (Direct Memory Access), позволяющий управлять транспортировкой данных минуя CPU;

4) ROM-BIOS (Basic Input Output System) – система, содержащая набор основных функций управления стандартными внешними устройствами PC;

5) Cache (кэш-память) –элементы памяти, имеющие, по сравнению с оперативной памятью, меньшее время доступа и содержащие информацию о данных, необходимых CPU в первую очередь. Для кэш-памяти обычно используются очень дорогостоящие микросхемы статической памяти – SRAM (Static Random Access Memory);

6) RAM (оперативная память) различных видов;

7) Slots (слоты карт расширения) для установки различных устройств.

В материнской плате с процессором 80486 стандартным стал разъём процессора типа ZIF, позволяющий производить смену процессора без помощи инструментов. Если тактовая частота процессора 80486 менее 33 МГц, применяютэлементы оперативной памяти с временем доступа 70 нс. Если более, то применяются микросхемы 60 нс. В некоторых платах возможно применение до 64 Мбайт. Схема расположения основных компонентов на материнской плате 486 приведена на рис. 7.

Материнская плата с процессором семейства 80586 являлась в 1995-1997 г. наиболее часто встречающейся. Платы этого типа должны поддерживать все основные типы процессоров класса Pentium, все основные типы памяти, включая впервые применённую DIMM и специально разработанную EDO RAM. Существуют платы, поддерживающие пятиволътовые процессоры Pentium 60 и 66 МГц, совместимые с напряжением 3,3 В для более производительныхмоделей Pentium, поддерживающие и специально оптимизированные под процессоры Cyrix 6x86 и AMD K5.

Рис. 7. Схема МП 486VL

 

В большинстве 586 материнских плат применяют набор микросхем (чипсет) Intel Triton 430 трёх семейств – VX, НХ и ТХ. Считается, что набор микросхем Triton VX сделает ненужным отдельный набор микросхем динамического ОЗУ при работе с графикой. Это позволяет значительно снизить затраты на производство материнских плат.

Объявленный вместе с VX набор логики НХ также предназначается Intel для корпоративных пользователей и сектора SOHO (Small Office Home Office). 430HX поддерживает до 512 Мбайт оперативной памяти, которая может быть использована и в качестве дополнительнойкэш-памяти. Производительность компьютера на таком чипсете выше, чем при использовании чипсета VX, хотя VX может использовать память SDRAM (DIMM-модули), которая не может применяться с чипсетом НХ. Чипсет 430VX отличается от 430НХ следующими особенностями: в нем отсутствует мультипроцессорная поддержка и поддержка ЕСС, максимальный объем памяти – 128 Мбайт, кэш-памяти – до 64 Мбайт, буферы между процессором, шиной PCI и памятью несколько меньше, чем в чипсете 430НХ, а также используется более медленный режим работы DRAM.

Разработчики Intel включили в набор 430ТХ поддержку практически всех важных технологий в архитектуре PC с тем, чтобы максимально продлить «жизненный цикл» набора логики:

Технология ММХ. Системы на базе 82430ТХ изначально ориентированы на работу с мультимедийными программными продуктами.

Стандарт энергосбережения DPMA (Dynamic Power Management Architecture). Благодаря DPMA удалось впервые создать набор логики, который с одинаковым успехом можно использовать как в настольных, так и в мобильных компьютерах. И дело не только в продлении жизни батарей для мобильныхПК, но и в возможности построения постоянно включенных настольных систем, которые являются центром коммуникаций в офисе или центром мультимедийных применений дома.

Таблица 2

Отличительные особенности наборов логики процессоров пятого и шестого поколений

 

Pentium Processor Intel 430FX PCIset Pentium Processor Intel 430VX PCIset Pentium Processor Intel 430HX PCIset Pentium Processor with MMX Intel 430TX PCIset Pentium, Pentium Pro Processor Intel 440FX PCIset Pentium II Processor Intel 440LX PCIset
EDO PCI Data Streaming (lOOMb/s) PB SRAM   USB SDRAM Concurre nt PCI   Optimized EDO CONCURR ENT PCI BYA Packaging DPMA Ultra DMA SMBus   P6 bus optimized performance Concurrent PCI USB AGP SDRAM Ultra DMA ACPI Dual Independent Bus Architecture

Источник: Новые чипсеты обеспечивают корпорации Intel бессменное лидерство // Ниеншанц. СПб, 1997.

 

Модули памяти SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory) плюс поддержка уже традиционных типов FPM/EDO/BEDO (Burst EDO).

Протокол Ultra DMA разработан для достижения нового уровня передачи данных между IDE-диском и контроллером, что позволяет быстрее загружать мультимегабайтныефайлы мультимедиа.

Стандарт 2.1 параллельной (concurrent) шины PCI позволяет поддерживать высокую скорость обмена данными по шине в многозадачной операционной среде.

Шина USB для подключения внешних периферийных устройств (до 127 устройств) реализует на практике возможность «горячей стыковки» нового оборудования и снимает проблему отсутствия свободных разъемов в шинах расширения ПК.

На МП с процессором 586 впервые применена новая графическая шина AGP (Accelerated Graphic Port). Шина PCI, как известно, синхронизируется частотой 33 МГц и может иметь пропускную способность до 133 Мбайт/с по 32-разрядной шине данных. Графическая шина AGP работает на частоте 66 МГц и позволяет передавать до 266 Мбайт/с. Такой стандартный режим работы получил название «XI». Однако, если использовать режим «Х2», при котором синхронизация выполняется как по переднему, так и по заднему фронту сигнала синхронизации, то производительность канала увеличивается еще в два раза и становится равной 532 Мбайт/с. Таким образом, когда в технологии AGP речь идет о шинной частоте 133 Мгц, имеется в виду реальная частота 66 МГц. Благодаря новой технологии, скорость передачи в AGP стала столь же высокой, как и скорость обмена с оперативной памятью. Для видеокарт на основе технологии AGP, на МП используются разъемы, во многом похожие на разъемы шины PCI и EISA с 32-мя разрядами для передачи адресов и данных.

 

Рис. 8. Место шины AGP в архитектуре современного компьютера

 

Самое большое преимущество AGP по отношению к PCI -- поддержка конвейерных операций чтения-записи из памяти. В архитектуре PCI, которая не является конвейерной, операции чтения выполняются в два раза медленнее операций записи. У AGP транзакции организованы так, что запрос и пересылка данных разделены, это позволяет обрабатывать несколько запросов, когда пересылка данных ещё не завершена. Для выявления первостепенных запросов контроллер AGP использует очереди с разными приоритетами и работает с внеочередными запросами [71;37]. Материнская плата с процессором семейства 80686 мало чем отличается от платы для Pentium, кроме другого процессорного разъёма и отсутствия кэш-памяти второго уровня, которая интегрирована на процессоре. Для данных плат используют наборы микросхем Intel 440FX (Pentium Pro, Pentium II), Intel 440LX (Pentium II) и другие.

Так как корпорация Intel не предоставляет AMD и Cyrix лицензии на архитектуру шины Р6, последние вынуждены идти различными путями: лицензирования архитектуры у других производителей или самостоятельной разработки интерфейса. Так, фирма AMD, лицензировавшая интерфейс шины для МП с процессором К7 у Digital, намерена использовать архитектуру Super 7 (МП с К6-2,3 и К7) для повышения эффективности конструкции Socket 7 (МП с К6).

Чипсеты для Super 7 производятся компаниями VIA Technologies и Acer Laboratories. МП с поддержкой данной архитектуры производятся Biostar, FIC, Microstar и другими. Наиболее важное отличие Super 7 от Socket 7 состоит в возможности использования системной шины с частотой 100 МГц. Это позволяет за счёт увеличения скорости обмена данными с оперативной памятью и кэш-памятью второго уровня существенно увеличить производительность ПК в целом [80; 1].

Одним из самых популярных чипсетов можно по праву считать Intel 440BX. Объясняется что и высокой надежностью, и 100-МГц системной шиной, поддержкой AGP 2х (за один такт по шине AGP передается два четырехбайтовых пакета данных, что дает пропускную способность 528 Мбайт/с на частоте 66 МГц), поддеркой UltraDMA/ЗЗ, пропускной способностью шины памяти 800 Мбайт/с.

В ряде случаев, устанавливая на Intel 440BX частоту FSB (Front Side Bus) до 133 МГц можно получить стабильно работающую систему и повышение частоты AGP (что поддерживают не все графические контроллеры). Хотя, при использовании недокументированных возможностей, нельзя отрицать возможность выхода из строя любых компонентов.

Через два года на рынке появляется принципиально новый чипсет Intel 820. Чипсет разрабатывался для процессоров Intel Pentium III с ядром Coppermine, с поддержкой 133-МГц шины. Среди нововведений – поддержка режима AGP 4х (то есть пропускная способность составляет 1,056 Гбайт/с), протокола Ultra DMA/66, памяти RDRAM (при частоте памяти в 400 МГц пропускная способность шины памяти составляет 1,6 Гбайт).

Недостатком применения материнских плат на чипсете Intel 820 можно считать высокую (более чем в пять раз) цену на модули памяти RDRAM. Поэтому была разработана модификация чипсета Intel «820 с МТН», которая поддерживает широко распространенную память PC 100 SDRAM.

Недоступность памяти RDRAM, срыв сроков выпуска Intel 820 дали возможность конкурентам усилить свои позиции. Например, компания VIA делают ставку на использование памяти стандарта PC 133 SDRAM, имеющей пропускную способность 1,064 Гбайт/с. VIA выпускает на рынок чипсет Apollo Pro 133, очень похожий на Intel 820, но с поддержкой доступной памяти PC 133 SDRAM.

Своеобразным ответом Intel на действия конкурентов и требования пользователей можно считать выпуск чипсета Intel 815 (Solano). Сопоставим его характеристики с чипсетами Intel 440BX, Intel 820, VIA Apollo Pro 1ЗЗА и их модификациями [203] в табл. 3.

Из таблицы видно, что Intel 815 представляет собой реальную замену J440BX, поддерживает широко распространенную память PC 133 SDRAM, системную шину 133 МГц, AGP 4х, новые IDE протоколы АТА/66 и АТА/100. Кроме того Intel 815 выше по производительности VIA Apollo Рrо133А. Недостатками Intel 815 являются: высокая цена, низкая производительность интегрированной графики.

Материнская плата для первого процессора семейства 80786 Itanium будет иметь Slot M (Bigfoot), чипсет 460GX, графический интерфейс 4xAGP и модульную подсистему ввода-вывода.

Другая классификация материнских плат основана на применяемой в них системной нише, от вида которой зависит пропускная способность.

• ISA - одна из первых системных шин, имеет 16 бит. Применяется и сейчас. В 1998 году планируется отказ от использования этой шины в новых ПК [55;26].

• МСА разработка фирмы IBM 1987 года, защищённая патентами и несовместимая с платами, разработанными для ISA.

• EISA ответ конкурентов консорциума, состоящего из фирм AST, Compag, Epson, HP, NEC, Olivetti, Tandy, Wise, Zenith, Intel и Microsoft. Недостатки EISA: высокая себестоимость производства, ограничение пропускной способности до 33 Мбайт/с.

• VLBus – более прогрессивная системная шина, предложенная ассоциацией VESA для PC типа 486.

• PCI (Peripheral Component Interconnect) – занимает промежуточное положение между локальными и системными шинами, является 32 разрядной

Таблица 3

Сравнение новейших чипсетов для материнских плат.

 

Критерий Intel 815 Intel 815E Intel 440ВХ Intel 820 Intel 820E VIA Apollo Prol33A
Частота FSB 66, 100, 133 66, 100, 133 66, 100 100, 133 100, 133 66, 100, 133
Поддержка SDRAM PC100, РС133 PC100, РС133   РС66, PC100 только RDRAM только RDRAM РС66, PC100, РС133
Максимальный объем поддерживаемой памяти 512 Мбайт 512 Мбайт 1024 Мбайт 1024 Мбайт 1024 Мбайт 1024 Мбайт
Максимальное число слотов оперативной памяти 3 3 4 2 2 4
AGP
Интегрированная графика + + - - - -
Интерфейс АТА АТА-66 АТА-100 АТА-33 АТА-66 АТА- 100 АТА-66
Число портов 1JSB 2 4 2 2 4 4
Звуковая подсистема + + - + + +
Встроенный сетевой контроллер - + - - + -

 

В результате конкурентной борьбы производительности системных шин в настоящее время применяется комбинация из слота ISA (до полного перехода устройств на шину PCI и AGP) и 4 слотов PCI. Для низкоскоростных интерактивных устройств (мышь, клавиатура) применяется универсальная последовательная шина (Universal Serial Bus), в прогрессивных платах используют IEЕЕ 1394 (скорость передачи данных возрастает до 1000 Мбит/с). Далее подробнее рассмотрим популярные технологии USB и IEEE 1394.

Шина USB бала разработана в сотрудничестве компаний Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC и Northern Telecom. Целью разработки было создание шины, которая смогла бы подключить настольную компьютерную периферию без установки дополнительных плат в слоты расширения и переконфигурирования всей системы. Таким образом, при физическом подключении соответствующего устройства оно начинает тут же функционировать.

Согласно стандарту USB 1.0 к шине одновременно может подключаться до 127 устройств, максимальная скорость передачи данных 12 Мбайт/с, максимальная длина кабеля 5м. Достоинством шины USB можно считать ее доступность – наличие таких шин в материнских платах практически каждого современного компьютера.

В 1999 г. началась разработка нового стандарта шины USB 2.O. Ее основные отличительные характеристики: полоса пропускания увеличена до 250 Мбайт/сек, совместимость с ранее выпущенной периферией,

С помощью USB можно не только подключать к компьютеру различные периферийные устройства, но и формировать небольшую локальную сеть. Существуют технологии объединения до 16 компьютеров в одноранговую сеть на базе USB.

Шина IEEE 1394 (Firewire) представляет собой последовательную высокоскоростную шину, предназначенную для обмена цифровой информацией между компьютером и другими электронными устройствами. Стандарт поддерживает пропускную способность шины на уровнях 100, 200 и 400 Мбит/с. Скорость передачи между различными устройствами, подключенными к шине, не ограничивается каким-либо одним значением, то есть несколько устройств могут обмениваться сигналами на скорости 400 Мбит/с, в то же время другие – на любой другой возможной скорости до 800 и, возможно, в ближайшем будущем, до 1600 Мбит/с.

Интерфейс IEEE 1394 имеет ряд неоспоримых достоинств: возможность передачи данных без потерь информации, компактный размеркабеля, возможность «горячего» подключения устройств, прост в использовании. Отчасти из-за этого данная шина применяетсмя при взаимодействии компьютеров, принтеров, сканеров, цифровых аудио- и видеосистем.

Проведем несложный расчет практического использования возможностей шины IEEE 1394.

 

Задача.Необходимо передать информацию (поток видеосигнала) на персональный компьютер. Какая величина пропускной способности будет удовлетворять данной задаче, если «картинка» имеет стандартное телевизионное разрешение, частоту 24 кадра в секунду и глубину цвета 24 бит?

Решение:

1) стандартное телевизионное разрешение составляет 640 на 480 пикселей, следовательно, перемножив 640 на 480, получим величину пикселей, которые необходимо передать в один кадр;

2) полученную величину умножим на число кадров в секунду, то есть на 24, в результате получим число пикселей одного оттенка, передаваемых за секунду;

3) полученный результат умножим на величину глубины цвета, то есть на 24, получив, таким образом, искомую величину в сопоставимом виде.

(640 х 480 х 24 х 24) /1 000 000 = 176,9472 Мбит/с

Ответ:пропускная способность не должна быть ниже 177 Мбит/с

 

Важной характеристикой материнских плат является форм-фактор. Существуют платы Baby-AT, LPX, NLX и АТХ [5;32].

Ведущие производители материнских плат – Acer, A-Trend, ASUSTeK, Data Expert, Elitegroup, FIC, Giga-Byte, Intel, Tekram, Soyo, Supermicro.

Центральный процессор

Процессор или CPU (Central Processing Unit) управляет, контролирует все элементы материнской платы. Подавляющее большинство современных процессоров совместимы с архитектурой Intel 80x86. К середине 90-х годов корпорация Intel занимает лидирующее положение на рынке CPU. Основные характеристики процессоров [1;51]:

степень интеграции чипа – сколько транзисторов может в ней уместиться, к примеру, для Intel 80586 – это от 3 млн. транзисторов на 3,5 см2. Для более новых процессоров это соотношение выглядит следующим образом: Pentium III (Katmai) имеет 9,5 млн. транзисторов приплощади 106 мм2, Pentium III (Coppermine) - 28 млн. транзисторов при площади 128 мм2, AMD Athlon (Thunderbird) имеет 37 млн. транзисторов при площади 120 мм2;

внутренняя разрядность данных – количество бит, которое может одновременно обрабатываться внутри CPU (16, 32, 64);

тактовая частота – частота внутреннего тактового генератора основного микропроцессора;

адресация памяти – размер поддерживаемой памяти (1 Мбайт для CPU 8086/88, 4 Гбайт для 80486).

Основные типы процессоров:

1) 8086/8088 применялся IBM в вычислительных системах класса XT (eXtended Technology).

2) 80286 был составной частью PC AT фирмы IBM. В защищённом режиме процессор обращался к 16 Мбайт физической памяти. Процессор 16-разрядный. Тактовая частота – до 20 МГц.

3) 80386 появился в 1986 году в ПК от фирмы Compaq. Разрядность – 32, тактовая частота наиболее распространённого 386DX – 33 МГц. У менее производительного 386SX внешняя разрядность – 16.

4) 80486 долгое время являлся стандартом для ПК. В микросхему интегрирована кэш-память (Internal Cashe) для повышения быстродействия. Впервые сопроцессор интегрирован в CPU для выполнения операции с плавающей точкой. Дальнейшим повышением производительности являлось повышение тактовой частоты, однако производство периферии было бы очень затруднено. Intel выводит на рынок системы, в которых внутренние схемы процессоров работали на частоте в два раза большей, чем частота системной шины. К семейству 486 процессоров относят и последнюю разработку Intel в рамках этого процессора – DX4 с утроением внутренней тактовой частоты.

5) процессоры семейства 80586 выпускался Intel под названием Pentium®. Это 32-разрядный процессор с 3,1 млн. транзисторов. Широкое распространение получили процессоры данного класса компаний AMD и Cyrix.

6) процессоры класса 80686: Intel Pentium Pro, Pentium II, Pentium III, Pentium 4 и основного конкурента AMD К6, К7.

7) процессоры 80786 разрабатываются Intel совместно с Hewlett Packard (HP). Процессор «Merced» совмещает в себе архитектуру RISC и технологию VLIW (сверхдлинные команды).

Процессоры класса 586

На основе паспортных данных нами подготовлена обобщающая таблица, в которой представлены модели процессоров класса 586, внутренние и внешние тактовые частоты процессоров корпорации Intel, а также основных её конкурентов – AMD и Cyrix.

 

Таблица 4

 

Производитель и модель CPU Тактовая частота CPU (МГц) Внешняя тактовая частота и к-т
Intel Pentium P54C 75 50x1.5
Intel Pentium P54C 90 60x1.5
Intel Pentium P54C 100 66x1.5
Intel Pentium P54C 120 60x2.0
Intel Pentium P54C 133 66x2.0
Intel Pentium P54C 150 60x2.5
Intel Pentium P54C 166 66x2.5
Intel Pentium P54C 180 60x3.0
Intel Pentium P54C 200 66x3.0
Intel Pentium P55C MMX 166 66x2.5
Intel Pentium P55C MMX 180 60x3.0
Intel Pentium P55C MMX 200 66x3.0
Intel Pentium P55C MMX 233 66x3.5
Cyrix 6x86 PI 20+ 100 50x2
Cyrix 6x86 PI 33 + 110 55x2
Cyrix 6x86 PI 50+ 120 60x2
Cyrix 6x86 PI 66+ 133 66x2
Cyrix 6x86 P200+ 150 75x2
Cyrix 6x86MX-PR 166 133 66x2
Cyrix 6x86MX-PR 166 150 60x2,5
Cyrix 6x86MX-PR200 . 150 75x2
Cyrix 6x86MX-PR200 166 66x2,5
Cyrix 6x86MX-PR233 188 75x2
Cyrix 6x86MX-PR266 208 83x2
Cyrix 6x86MX-PR300 IBM 225 75x3,5
AMD K5 PR75ABR 75 50x1,5
AMD K5 PR90ABQ 90 60x1,5
AMD K5 PR100ABQ 100 66x1,5
AMD K5 PR120ABQ 90 60x1,5
AMD K5 PR133ABQ 100 66x1,5
AMD K5 PR150ABQ 105 60x1,75
AMD K5 PR166ABQ 116 66x1,75
AMD K5 PR200ABQ 133 66x2
AMD K6 PR166ABQ 166 66x2,5
AMD K6 PR200ABQ 200 66x3
AMD K6 PR233ABQ 233 66x3,5
AMD K6 PR266ABQ 266 66x4

 

Рис. 9. Процессор AМD K5

 

Как видно из табл. 4, на рынке конкуренцию Intel составляют две фирмы: Cyrix и AMD. Конкуренты Intel разработали спецификацию для маркировки своих процессоров 5-го и 6-го поколений – P-Rating. Данный показатель отражает тот факт, что производительность эталонной системы с подобнымпроцессором эквивалентна и даже выше, чем у аналогичной машины с процессором Intel соответствующей тактовой частоты [11;29].

Процессор Р166+, являющийся совместным продуктом Cyrix и IBM, на выставке СеВ1Т'96 получил наивысшую оценку журнала BYTE в категории «Лучшая технология» [200;25]. Этот процессор принадлежит к серии Сх6х86 (рабочее название «Ml») и является аналогом Pentium, но на одинаковой тактовой частоте значительно производительнее. В процессоре применено RISC-ядро Ml и динамическое переименование регистров, чего нет в Pentium. Стоимость процессоров от Cyrix значительно (почти в 2 раза) ниже [ 131 ;71]. По данным фирмы AMD (табл. 5), K5™-PR 133 работает быстрее, чем Pentium® (данные опубликованы на форзаце еженедельника «Компьютерра» № 45/1996).

По данным фирмы Intel, производительность процессоров Pentium® по индексу iCOMP приведена в табл. 6 (данные опубликованы в приложении к журналу «Мир ПК» № 10/1994). За 100 единиц iCOMP принята производительность CPU Intel 486SX-25.

 

Таблица 5

Процессор Winstone 96 Landmark Speed 2.0 Norton SI for Win'95
AMD-K5-PR133 78.8 893 42.9
Pentium-133 78.7 767 34.7

Таблица 6

Процессор Индекс iCOMP®
Intel Pentium® processor (120 МГц) 1000
Intel Pentium® processor (100 МГц) 815
Intel Pentium® processor (90 МГц) 735
Intel Pentium® processor (75 МГц) 610
Intel Pentium® processor (60 МГц) 510
Intel DX2® processor (66 МГц) 297

 

Реализованная впервые Intel технология ММХ (MultiMedia eXtention) позволила повысить производительность ПК при работе с коммуникационными и мультимедиа-программами. Увеличение производительности оценивается: при выполнении алгоритма MPEG I – на 40%; при работе с аудиосигналом – на 25%; при цифровой обработке видео – на 5%; при обработке 3D-графики – на 30%. С IV квартала 1997 года все новые процессоры Intel используют данное расширение.

Сопоставляя процессоры Intel Pentium 200 и Pentium 233MMX, отмечается повышение производительности [106;8]:

• целочисленных операций на 30% (по тесту SPEC CPU95) - традиционные приложения;

• операций с плавающей точкой на 25% (SPECfp95) - трёхмерные игры и приложения виртуальной реальности;

• программ мультимедиа на 60% (Intel Media Benchmark) – работа со звуком, видео, графикой, трёхмерной геометрией.

Компании Cyrix и AMD также представляют процессоры с использованием технологии ММХ – 6х86МХ и К6 соответственно [25;30].

Процессоры класса 686

Первый из процессоров данного уровня – Pentium Pro имеет чип на базе 5,5 млн. транзисторов и достигает высокого быстродействия за счёт использования динамического выполнения (Dynamic Execution). Микросхема включает два 8 или 16 Кбайт кэш-буфера первого уровня, один для данных и один для инструкций. В другом кристалле находится 256 Кбайт кэш-памяти второго уровня, работающей на частоте процессора.

Однако, для использования всех преимуществ Р6 требуются 32-разрядные приложения и 32-разрядные операционные системы. Результаты тестов PC Week Labs приведены в табл. 7 [189;3]. Меньшее время в данных тестах указывает на более высокую производительность.

 

Таблица 7

32-разрядные приложения и процессоры Windows NT Windows 95

MICROSOFT WORD

Pentium-133 32,90 33,62
Pentium Pro-150 26,33 28,45

MICROSOFT EXCEL

Pentium-133 44,54 40,60
Pentium Pro-150 35,59 39,23

 

По данным Intel, производительность Pentium Pro по сравнению с Pentium выглядит следующим образом [1;61]:

 

Таблица 8

Процессор Производительность по тесту SPECInt95*
Intel Pentium Pro® ( 133 МГц) 3,6
Intel Pentium® (150 МГц) 2,9
Intel Pentium® (133 МГц) 2,4

* За единицу берется производительность CPU DX4-100.

 

Разработанный в 1997 году процессор Pentium II имеет модификацию, использующую код коррекции ошибок (ЕСС) в кэше второго уровня, что позволяет серверам и рабочим станциям работать там, где важны целостность данных и надёжность хранения информации.Процессор Pentium II реализует архитектуру двойной независимой шины(DIB), технологию ММХ, технологию динамического исполнения, позволяющую повысить производительность ядра процессора за счёт параллельной обработки большого объёма данных за один такт [125; 1]. Для Pentium II используется специальное гнездо S.E.C.(Single Edge Contact cartridge) [45; 1].

 

Рис. 10. Логотип Pentium II

 

Компания Cyrix на заводах IBM производила 6х86МХ -32-разрядный суперскалярный и суперконвейерный процессор (М2). Быстродействие данного процессора достигается с помощью применения встроенного унифицированного кэша данных/команд объёмом 64 Кбайт и буфера меток переходов (ВТВ). Модуль управления памятью (MMU) содержит двухуровневый буфер динамической трансляции (TLB). Процессор устанавливается на МП в разъём Socket 7. Следует отметить более низкое энергопотребление у 6х86МХ (19 Вт) по сравнению с Pentium II (34 Вт).

В 1998 г. Cyrix, ставшая дочерней компанией National Semiconductor, выпускает 300, 333 и 350 МГц версии процессора 6x86 MX. Однако, основные усилия компании направлены на разработку интегрированных процессоров MediaGX. В настоящее время основой MediaGX является процессор Cyrix 5x86 с реализованными на кристалле функциями видео- и аудиоадаптера. Результаты тестирования производительности MediaGX 166 по тестам Winstone 97 (табл. 9) можно сравнить с аналогичными результатами для процессоров 6х86МХ и Pentium 200MMX.

 

Рис. 11. Cyrix МП

 

Разрабатываемый процессор MediaGX под кодовым названием Jalapeno будет содержать встроенные контроллеры памяти, шины PCI, компоненты поддержки шины IEEE 1394, логику адаптера сети Ethernet и контроллер ввода-вывода Super I/O [53;43]. В 1999 г. компания Cyrix была приобретена корпорацией VIA Technologies – известным производителем чипсетов.

 

Таблица 9

Процессор Business Database Business Publishing Business WP/SS Business Winstone 97
MediaGX 166 2,5 2,52 2,1 22,7

Источник: Cyrix Instead против Intel Inside // PC WEEK. – 1997. – № 42. C.47.

 

Другой конкурент Intel – фирма AMD разработала в 1997 г. процессор AMD-К6 для прямой конкуренции с Pentium II. Насколько это справедливо, можно судить из табл. 10. Однако, следует отметить, что К6 имеет суперскалярную архитектуру с шестью одновременно исполняемыми RISС86-командами. Процессор включает в себя семь параллельных исполнительных блоков, среди которых ММХ-блок. К6 обеспечивает декодирование х86-команд в операции RISC86, двухуровневое предсказание ветвлений с точностью 95%, имитационное и внеочередное исполнение команд, переименование регистров и передачу данных. Процессор оснащён 64 Кбайт кэш-памяти первого уровня (32 Кбайт для команд и 32 Кбайт для данных) [174;61].

 

Pис. 12

 

Одним из серьёзных конкурентов Pentium и Pentium II стали в 1998 г. AMD-K6-2 (K6-3D) и AMD-K6-3 (K6-3D+), имеющие более 20 дополнительных инструкций дня вычислений с плавающей запятой (для поддержки 3D-графики и мультимедийных приложений). Процессор K6-3D поддерживает на аппаратном уровне высококачественный звук Dolby Surround АС-3 и видеоизображение по стандарту- MPEG-2, а также стандарт Microsoft DirectX. Процессор содержит 9,3 млн. транзисторов и производится по 0,25-микронной технологии, имеет тактовую частоту от 266 МГц. Развитием K6-3D можно считать AMD K6+ 3D с кэш-памятью второго уровня 256 Кбайт, имеющим 21 млн. транзисторов и тактовую частоту до 400 МГц. Данный процессор поддерживает кэш-память третьего уровня.

Технология 3DNow! в процессорах AMD-K6-2 и AMD-K6-3 представляет собой дополнительный набор из 21 специализированной команды, предназначенный для ускорения обработки 3D-графики. В их основе лежит та же архитектура SIMD (Single Instruction Multiple Data – обработка одной командой нескольких потоков данных), что и в ММХ-командах, но последние работают с целыми числами, а 3DNow! – с вещественными. Кроме того, в состав новых команд включены инструкции для целочисленных SIMD-операций специально для ускорения MPEG-декодирования. Для внутреннего хранения данных команды 3DNow! и ММХ используют единый блок 64-разрядных регистров, предназначенных для хранения чисел с плавающей запятой. Одновременно в конструкцию процессора внесены изменения, которые ускоряют переключение между инструкциями ММХ и обычными командами с плавающей запятой и оптимизируют работу с кэш-памятью первого уровня [80; 14].

Показатели производительности микропроцессоров Intel и AMD приведены в табл. 10 [70;25]:

Таблица 10

Эталонные системы

Лучшей производительности соответствуют большие значения

Лучшей производительности соответствуют меньшие значения

Business Winston е 97 High-end Winstone 97 CPU mark 32 CPU mark 16

Gaussian blur

Unsharpen mask
AMD К6 233 68.7 22.7 533 433

12.62

5.63
Pentium II 266 78.2 34.4 729 523

6.38

2.7
               

 

В течение 1998 года компания Intel выпускала различные модели процессоров Pentium II, имеющих следующие характеристики:

• тактовая частота – 233, 266, 300, 333, 350, 400, 450 МГц;

• кэш-память второго уровня – 0, 128, 256, 512, 1024, 2048 Кбайт;

• частота системной шины и пропускная способность – 66 МГц (533 Мбайт/с), 100 МГц (800 Мбайт/с);

пропускная частота графической шины – 512, 1024 Мбайт/с;

• интегрированные подсистемы – программный модем, графика, подсистема памяти;

• поддержка многопроцессорных конфигураций – 1, 2, 4, 8;

• напряжение питания – 3.3, 2.5, 1.8, 1.7 В;

• разъём и корпус – Slot 1 (2 варианта), Slot 2, варианты для мобильных систем (TCP, мини-картридж, модуль).

 

Рис. 14. Логотип Intel Celeron

 

Для мини-блокнотных ПК был разработан процессор Pentium II с пониженным напряжением питания. В 1999 г. этот показатель снижен до 4 Вт. Кроме того, проект Intel Geyserville предусматривает увеличение времени работы портативной машины на одной зарядке аккумулятора.

Следует отметить, что модель Pentium II без кэш-памяти (Celeron) предназначается для наиболее чувствительного к цене сектора рынка ПК. Удаление кэш-памяти и применение шины с частотой 66 МГц в этой модели ведёт к снижению производительности ПК, что даёт преимущество конкурирующим производителям [69;26]. Однако, повышение тактовой частоты процессора до 700 МГц и выше, интеграция 128 Кбайт кэш-памяти вместе с разумной ценовой политикой позволит, по нашему мнению, сохранить конкурентные позиции Intel в сегменте наиболее дешевых ПК.

Процессор Pentium III с кодовым названием Katmai, выпущенный в 1999 г., стал значительным расширением архитектуры х86. Речь идёт о новом дополнительном наборе из 70 SIMD-команд, то есть применяется технология SSE (Streaming SIMD Extensions). Набор команд SIMD отличается от технологии ММХ тем, что последняя включает 57 аналогичных операций, но для целочисленных данных.

 

 

Рис. 13. Логотип Intel Pentium III

 

Наряду с Pentium III на основе ядра Katmai производится более новая модификация Pentium III на базе ядра Coppermine. Основные отличия двух вариантов процессоров: Coppermine выпускается по 0,18 мкм технологии и может иметь до 28 млн. транзисторов, по сравнению с 9,5 у Pentium III на ядре Katmai. У новой модификации кэш память L2 встроена в процессор и работает на полной тактовой частоте процессора.

Компания Cyrix, подразделение VIA, предлагает в 2000 г. модификацию своего процессора VIA Cyrix III. Процессор производится по 0,18 мкм технологии, имеет размер 76 мм2, 128 Кбайт кэш-памяти L1, потребляет менее 10 Вт, работает на частоте от 533 до 667 МГц, при этом частота шины – до 133 МГц.

 

Рис. 15. Процессор Cyrix III

 

В 1997-1999 г. компания AMD испытывала значительные трудности, ей пришлось продать все направления деятельности, кроме производства Flash-памяти и процессоров, казалось, ничего не сможет помешать Intel удерживать абсолютное лидерство на рынке микропроцессоров. Однако, для Intel все пошло не так безоблачно.

 

 

Рис. 16. Логотип AMD Athlon

 

Во второй половине 1999 г. у Intel возникли ряд существенных проблем. Новые 700 и 730 МГц процессоры Pentium III, выпущенные в октябре, могли реализовать свои преимущества только на шине с тактовой частотой 133 МГц, а выпуск соответствующего основного набора микросхем i820 был отложен. Поэтому новые процессоры остались невостребованными компьютернойиндустрией. Другой проблемой Intel стала активность компании AMD.

 

Рис. 17. Логотип AMD Duron

 

Процессор AMD с ядром К7 и именем Athlon, появление которого состоялось в августе 1999 г. стал производиться с использованием интерфейса шины Alpha 21264, лицензированный у корпорации Digital Equipment. Первоначальная тактовая частота составила 500, 550 и 600 МГц. Следствием появления удачного процессора компании AMD и производственных проблем ее основного конкурента стало увеличение рыночной доли до 30%. Более того, по статистическим сводкам компании PC Data, за октябрь 1999 г. на долю машин с процессорами AMD Athlon пришлось 38% продаж всех настольных ПК стоимостью от 1500 до 2000 USD.

Однако, проблемы возникали и у AMD. Успехи конца 1999 г. было необходимо подкреплять новыми разработками, переходом на новый технологическийпроцесс. Наращивая тактовую частоту своих процессоров, AMD не получала пропорционального роста производительности. Причиной тому являлась кэш-память L2, которая работала на первых процессорах Athlon на частоте, равной половине частоты ядра, а начиная с Athlon 700 компании пришлось отказаться от такого соотношения, так как не было возможности производить кэш-память с частотой выше 350 МГц. Поэтому следующие процессоры Athlon 750, 800 и 850 производились с кэш-памятью на частоте 300-333 МГц.

У Intel не было таких проблем, так как кэш память Pentium III размером 256 Кбайт была интегрирована в процессор и работала на его полной частоте. AMD пришлось изменить конструкцию процессора и разработать Athlon на основе ядра Thunderbird. В новой конструкции, как и у Pentium III на базе ядра Coppermine, кэш-память в 256 килобайт интегрирована в ядро процессора.

Определенный успех у AMD безусловно сохранялся и в начале 2000 г., но компании не давало покоя лидерство Intel в сегменте недорогих ПК. И в конце июня AMD представляет в России новый микропроцессор Duron, который предназначается для недорогих ПК стоимостью менее 1 тыс. USD.

Маркетологам, безусловно, хорошо известно с каким вниманием следует подходить каждый раз к новому марочному названию. При появлении нового процессора AMD российская пресса отреагировала незамедлительно: «известно, что название подбиралось с особой тщательностью, с учетом того, что произноситься оно будет в сочетании со словами практически всех языков планеты». Название «Duron» имело широкий резонанс не только в России, но и в США, так как оно удивительным образом совпало с названием компании-производителя красок, лаков и отделочных материалов. Однако, задумка AMD заключалась несколько в другом, название происходит скорее от латинского слова «durare» (достаточный, последний) и суффикса «-on». AMD хотела всего лишь подчеркнуть, что возможностей нового процессора хватит надолго, и пользователи могут не задумываться о покупке более мощных микросхем.

КонструкционноDuron сочетает в себе ядро микропроцессора AMD Athlon и размещенную на кристалле кэш-память второго уровня емкостью 192 Кб, работающую на основной частоте. Системная шина имеет частоту 200 МГц. Как и другие процессоры AMD, Duron поддерживает расширенную технологию 3DNow! и производится с тактовой частотой от 600 МГц.

В 2000 г. AMD Athlon поддерживает высокую производительность для современных приложений, требовательных к вычислительным возможностям, так как производятся с кэш-памятью второго уровня размещенной на кристалле процессора, поддержкой памятью спецификацииPC 133, 200-МГц системной шиной, что увеличивает его производительность. AMD Athlon поставляется со следующими тактовыми частотами: IGHz, и 950, 900, 850, 800 и 750MHz, в двух вариантах – для разъемов Slot А и Socket A.

Получить сравнительную производительность новых процессоров класса 686 не просто, однако приблизительные данные [203] представляют интерес:

Производительность процессоров Intel и AMD, выпускающихся в 2000 г.

 

Таблица 11

Модель процессора Ядро Тактовая частота (МГц) CPUmark 99 FPUmark 99
Intel Pentium III Coppermine 733 67.1 3880
Intel Pentium III Coppermine 667 62.0 3520
Intel Pentium III Coppermine 600 54.6 3170
Intel Celeron Mendocino 667 43.9 3540
AMD Athlon Thunderbird 700 67.1 3840
AMD Athlon K75 700 63.1 3810
AMD Athlon K75 650 59.8 3530
AMD Athlon K7 600 56.6 3270
AMD Duron Spitfire 650 57.6 3530

 

Процессор Intel Pentium 4 (кодовое название Willamette) спроектирован с учетом необходимыхизменений архитектуры 686:

• появление асимметричного ядра, с блоками, работающими на различных скоростях;

• новая версия суперскалярного механизма исполнения инструкций;

• новый кэш, отслеживающий порядок выполнения инструкций;

• переработанные блоки операций с мультимедиа данными и числами с плавающей запятой;

• набор новых инструкций SSE2 (Streaming SIMD Extensions 2);

• новая 100 МГц шина, передающая по 4 пакета данных за такт.

144 новые инструкции из набора SSE2 это:

1) 76 совершенно новых инструкций, оперирующие с широким диапазоном данных (включая числа с плавающей запятой двойной точности и целые числа из 4 слов), часть из них позволяет программе брать на себя контроль над механизмами кэширования, загрузки и хранения данных в регистрах процессора;

2) 68 расширенных SIMD инструкций для работы с целыми числами. Если в Pentium II/III они работали только с 64-бит ММХ регистрами, то в Pentium 4 они уже смогут использовать 128 бит регистр ХММ этого процессора.

 

Рис. 18. Логотип Intel Pentium 4

 

Тактовая частота первого продемонстрированного процессора Pentium 4 составила 1500 МГц (1,5 ГГц), хотя возможен выпуск и более медленных CPU. Производительность процессора возрастет, в основном, за счет своей тактовой частоты: Pentium III Coppermine и Pentium 4 Willamette, работающие на одной и той же тактовой частоте, не отличаются по производительности в операциях с целыми числами, а при выполнении операций с плавающей запятой последний производительнее на 5 %. Один из основных резервов производительности Pentium 4 – возможность повышения тактовой частоты на 100 МГц в квартал.

Процессоры класса 786

Процессоры класса 80786, и, в том числе один из первых, известный под кодовым названием «Merced», разрабатываются компанией Intel с учетом применения архитектуры IA-64.

 

Рис. 19. Логотип Intel Itanium

 

Использование в названии архитектуры числа 64 не связано с форматом команд, оно указывает только размер адресного регистра и соответственно пространство прямо адресуемой памяти. В IA-64 используется 128 регистров общего назначения и столько же регистров для выполнения операций с плавающей точкой. Количество и тех и других является фиксированной величиной. IA-64 позволяет создавать процессоры с различной вычислительной мощностью, и теперь появляется возможность говорить о масштабировании процессоров. До сих пор под термином масштабирование подразумевалась возможность увеличения числа процессоров. В рамках одной архитектуры IA-64 может выпускаться несколько типов процессоров разной производительности и, соответственно, стоимости, ориентированных на разные приложения. Таким образом, IA-64 позволяет создавать строительные блоки, размер которых можно изменять и выбирать те, что соответствуют определенному классу системы. Естественно, что процессоры при этом сохраняют бинарную совместимость. Еще одна принципиальная новая составляющая архитектуры IA-64 – понятие bundle (связка). Каноническая схема работы процессора предполагает выполнение команд в определённой последовательности. Суперскалярные процессоры отличаются тем, что несколько команд выполняется одновременно. IA-64 делает следующий шаг в этом направлении. Связка дает возможность выполнить за один такт еще большее число команд. В IA-64 связка становится основной исполняемой единицей, в нее «упакованы» отдельные команды. Длина связки составляет 128 бит, она состоит из четырех полей: трех команд и специального служебного поля – шаблона (template). Сведения о формате и системе команд пока не разглашаются. Но о функции шаблонов известно, что она заключается в управлении исполнением команд, входящих в связки, и в объединении нескольких связок в одну суперсвязку. Принципиально важно то, что команды, входящие в связку, могут быть распараллелены между множеством арифметических и логических устройств, включенных в состав процессора, и выполнены за один такт [191;47].

Первоначально предполагалась, что процессор под кодовым названием Merced будет запущен в коммерческое производство во второй половине 1999 г., однако из-за организационных трудностей и отчасти из-за технических проблем эта дата была отодвинута. Однако, на проведенном компанией Intel в конце августа 1999 г. форуме для разработчиков К. Барреттом впервые публично был продемонстрирован компьютер на базе процессора Merced.

Компьютер новой 64-разрядной архитектуры IA-64 работал с 64-битным графическим приложением под управлением предварительной версии 64-разрядной ОС Windows, которая активно разрабатывается компанией Microsoft. Кроме того, демонстрировалась работа системы с Web-сервером под управлением прототипа 64-разрядной ОС Linux.

Официальное имя первому процессору архитектуры IА-64 было дано 4 октября 1999 г., когда было объявлено, что процессор под кодовым названием Merced будет выпускаться подтоварным знаком Itanium™. Процессоры Itanium предназначены для создания мощных серверов и высокопроизводительных рабочих станций, отвечая требованиям, которые предъявляет Интернет-экономика к электронному бизнесу. На IDF системы на базе Itanium были продемонстрированы рядом крупных производителей серверов: Bull, Compaq, Dell, Fujitsu Siemens Computers, Hewlett-Packard, IBM, NEC, и SGI.


Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 778; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!