Центральный процессор персонального компьютера

История искусства
Живопись Франции
Живопись Испания
Курбе и реализм
Промышленная архитектура и
эстетика века машин
Архитектура во время перемен
Русские художники начала 20 века
Василий Васильевич Кандинский
Баухаус
Архитектура Москвы
История абстрактного искусства
Импрессионизм
художественная школа
Новая техника живописи
выставки импрессионистов
Импрессионисты и символисты
Ван Гог
Гоген Поль Дега Эдгар
Мане Эдуард Моне Клод
Революция соборов
Энергетика
Экология энергетики
Анализ работы электрофильтров
Регенеративные методы
Ядерное топливо
Математическое моделирование экологических систем
Ядерные топливные циклы
Графика
Выполнение графических работ
Машиностроительное черчение
Инженерная графика
Изучаем ArchiCAD
Строительное проектирование
Трехмерная проекция
Maya 3D
Трехмерное объектно-ориентированное
программное обеспечение CAD
Математика решение задач
Функция нескольких переменных
Интеграл Типовые задачи
Системы линейных уравнений
Предел функции
Производная и дифференциал
Неопределенный интеграл
Теория вероятности
Математика примеры решения задач
Обыкновенные дифференциальные
уравнения
Функция комплексной переменной
Дифференциальное исчисление
Элементы линейной алгебры
Пределы и непрерывность функции
Векторная алгебра
Математический анализ
Исследование функций
аналитическая геометрия
Числовые последовательности
Графические методы решения задач
Информатика
Диспетчер доступа
Межсетевое экранирование
Центральный процессор
персонального компьютера
История развития ПК
Сетевые службы Active Directory
Дополнительные сетевые службы
Физика решение задач
Квантовая и атомная физика
Решение задач по физике примеры
Курс лекций по физике
Расчет электрических цепей.
Исследование линейной цепи
Линейные электрические цепи
Методика расчёта электрических цепей
Физика Кинематика
примеры решения задач
Лекции по физике теория газов

"Мозгом" персонального компьютера и самой дорогой его деталью является микропроцессор (МП) или центральный процессор, который выполняет практически всю обработку данных (за исключением некоторых математических операций, иногда осуществляемых сопроцессором).

В этой главе мы поговорим о процессорах, начиная с тех, что устанавливались в первых PC более десяти лет назад. Мы довольно подробно рассмотрим устройство этих микросхем, и вы поймете, почему некоторые из них за одно и то же время выполняют гораздо больше операций, чем другие. Начнем мы, пожалуй, с наиболее важных компонентов процессоров: шины данных и шины адреса.

Параметры процессоров

При описании параметров и устройства процессоров часто возникает недопонимание и путаница. Сейчас мы поговорим о таких важных вещах, как шина данных, шина адреса и быстродействие. В следующем разделе приведена таблица, в которую сведены параметры практически всех процессоров, устанавливавшихся когда-либо в персональных компьютерах.

Шина данных

Одними из первых характеристик, которые указывают при описании процессора, являются разрядности его шин адреса и данных. Под шиной в данном случае подразумевается просто набор проводников, по которым передаются однотипные сигналы. Представьте себе пару проводов, проложенных из одного конца здания в другой. Если вы присоедините в какой-либо точке к этим проводам генератор напряжением 220 В, а вдоль линии в удобных местах расставите розетки, то получите силовую шину. Независимо от того, в какую розетку вы вставите вилку, вы всегда получите один и тот же сигнал, в данном случае —  220 В переменного тока. Любую линию передачи, к которой подключено не менее двух "розеток", можно назвать шиной. В обычном компьютере имеется несколько шин, а у каждого процессора — две основные шины, по которым передаются данные (шина данных) и адреса памяти (шина адреса).

Когда говорят о шине процессора, чаще всего имеют в виду шину данных — набор проводников (или выводов), по которым передаются или принимаются данные. Чем больше сигналов одновременно поступает в шину, тем больше данных передается по ней за единицу времени, тем более она оказывается быстродействующей.

Данные в компьютере передаются в цифровом виде — единичному биту соответствует посылка напряжения высокого уровня (около +5 В), а нулевому — низкого (около 0 В). В процессоре 286 для передачи двоичных данных используются 16 проводников, поэтому его шина данных считается 16-разрядной. У 32-разрядного процессора, например, 486, таких проводников вдвое больше, поэтому за один и тот же промежуток времени он передает вдвое больше данных, чем 16-разрядный процессор.

Наглядно представить себе работу шины можно по аналогии с автомагистралью. Если у дороги всего по одной полосе движения в каждую сторону, то по ней в одном направлении в каждый момент времени может проехать только одна машина. Если вы хотите увеличить пропускную способность дороги, например, вдвое, вам придется ее расширить, добавив, как минимум, еще по одной полосе движения в каждом направлении. Можно представить себе, что шина 8-разрядной микросхемы — это двухполосная дорога, поскольку в каждый момент времени по ней проходит одна машина — один байт данных (байт равен 8 битам). 16-разрядная шина — это четырехполосная магистраль. 32-разрядная шина — это автострада с четырьмя полосами движения в каждом направлении, поскольку по ней одновременно передается 4 байта данных.

Разрядностью внутренних регистров определяется, какое количество бит данных процессор способен обработать за один прием.Быстродействие процессора

Быстродействие — это одна из тех характеристик, которую часто (и неверно) толкуют по-разному. Более важной, чем частота вращения, характеристикой двигателя является его мощность, т.е. та полезная работа, которую он может совершить за единицу времени. Например, разное количество циклов ожидания иногда приводит к тому, что реальная производительность компьютера оказывается ниже той, которой следовало ожидать, исходя из номинального значения тактовой частоты. При работе в так называемом реальном режиме гораздо более производительные МП (286 и другие) имитируют процессор 8088 первого PC.

Процессор 286 Для процессора 80286 (или просто 286) проблем с совместимостью, характерных для 80186 и 80188, не существует. До появления оболочки Windows 3.0, в которой предусмотрен так называемый стандартный режим, совместимый с МП 286, программ, использующих все его возможности, было очень немного. Реальный режим, как и для 286-го процессора — это режим совместимости с МП 8086.

Процессор 386SX, разрабатывавшийся под кодовым названием Р9, предназначен для тех случаев, когда разработчики хотят создать компьютер с возможностями процессора 386, не выходя при этом за рамки стоимости 286-й системы.Аналоги процессора 386

Несколько фирм, включая AMD и Cyrix, разработали свои модели процессоров, совместимые с 386DX и 386SX. Возможность процессора 486 работать с такими программами привела к тому, что стало активно раскупаться дорогостоящее оборудование: быстродействующие и емкие жесткие диски, высококачественные видеоадаптеры, мониторы с большими экранами, накопители на оптических дисках, дисководы CD-ROM, звуковые и видеоплаты (платы для регистрации изображений, например, с видеокамеры — не путать с видеоадаптерами для дисплеев. Процессор с указанной максимальной тактовой частотой будет работать и на меньших частотах. Чтобы понять, как работает кэш, приведем следующий пример. Система команд МП 486 полностью совместима с предыдущими процессорами Intel, например, 386, но в ней предусмотрены и некоторые дополнения, связанные, в основном, с управлением встроенным кэшем.Процессоры 486SL

В виде отдельной микросхемы МП 486SL выпускался очень недолго, а затем его выпуск был прекращен. Усовершенствования и нововведения из варианта SL были перенесены практически во все процессоры 486 (SX, DX и DX2), выпускающиеся с маркировкой SL Enhanced.

Процессор 486SX начали выпускать в апреле 1991 г. как более дешевый вариант МП 486DX без сопроцессора. Микросхема 487SX выполняет все функции МП 486SX и включает в себя встроенный сопроцессор. Процессоры DX2 производятся по технологии, позволяющей получить минимальный размер структуры на кристалле 0,8 мкм. На системных платах многих компьютеров с процессором 486 устанавливается вторичный (внешний) кэш емкостью от 16 до 512 К (и более). Многие изготовители системных плат начали применять гнезда с пониженным усилием вставки типа LIF (Low-Insertion Force), для которых при установке микросхемы в 169-контактное гнездо требуется усилие всего около 27 кгс.

Процессоры и гнезда Overdrive

Как планирует фирма Intel, в будущем для всех ее процессоров будут выпускаться версии Overdrive Когда начался выпуск процессора DX2, фирма Intel уже разрабатывала новый процессор Pentium. Фирма Intel не предусмотрела заранее этого обстоятельства при разработке стандарта на гнездо, поэтому существуют специальные устройства для проверки компьютеров на тепловую и механическую совместимость с Pentium Overdrive. Отметим, что в гнезде типа 3 есть еще один дополнительный контакт по сравнению с гнездом типа 2 (имеются в виду "действующие", не закрытые контакты). С повышением тактовой частоты процессора Pentium до 90 и 100 МГц фирма Intel перешла на технологию, позволяющую получить минимальный размер структур 0,6 мкм, и на напряжение питания 3,3 В. В большинстве новых компьютеров с процессорами DX4 применяется именно гнездо типа 6. Микросхемы Overdrive выпускаются с разным быстродействием.

Проблемы совместимости процессоров Overdrive

Перевести большинство старых компьютеров с процессорами 486SX и 486DX на процессоры Overdrive обычно не составляет большого труда, хотя бывают исключения. Фирма Intel опубликовала обширный список компьютеров,  которые проверены на возможность модернизации. Первые процессоры Pentium были выпущены в марте 1993 г., а через несколько месяцев появились и первые компьютеры на их основе. Для минимизации простоев в одной или обеих секциях, вызванных задержками выборки команд при скачкообразном изменении программного адреса, в Pentium используется устройство, называемое буфером адреса ветвления (ВТВ — Branch Target Buffer), назначение которого — предвидеть возможные "нелинейные" переходы.В Pentium имеются два встроенных кэша по 8 К каждый, в отличие от одного кэша объемом 8 или 16 К в процессоре 486. Критика процессоров Pentium во многих отношениях была оправданной.

Процессоры фирмы IBM Уже многие годы фирмы Intel и IBM тесно сотрудничают, и IBM является крупнейшим потребителем изделий фирмы Intel.

Процессоры BL 32-разрядные процессоры BL (Blue Lightning — "Голубая молния") производятся по шаблону 386DX.

Сопроцессоры В нескольких последующих разделах речь пойдет о сопроцессорах. Процессор DX Overdrive эквивалентен SX2 с подключенным сопроцессором. Добавление сопроцессора к стандартному IBM XT не сказалось на времени выполнения простых операций, зато сложные расчеты были проведены почти в десять раз быстрее. Внутренняя архитектура сопроцессора 80287 аналогична архитектуре 8087, и они работают одинаково, но отличаются разводкой выводов. Микросхемы XL разрабатывались уже на основе 80387, а не 8087, как первоначальный вариант 287.Стоимость сопроцессоров со временем значительно уменьшилась: если первые образцы 387DX стоили 2000 долларов, то сейчас их цена упала до 90 долларов.

Проверка процессоров Процессор является самой дорогой микросхемой в компьютере. Примеры маркировки микросхем с устраненным дефектом На микросхемы без дефекта наносится маркировка

Русские художники