ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ПРОЦЕССОРАХ Intel
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
| AMD — | AdvancedMicroDevices, Inc. (AMD) — американский производитель интегральной электроники. |
| APU — | AcceleratedProcessingUnit, гибридный центральный процессор (ЦП); термин, подразумевающей объединение центрального процессора с графическим процессором в одном кристалле |
| BIOS — | Basicinput/outputsystem — «базовая система ввода-вывода» |
| Bridge— | Мост (шаблон проектировния) |
| CPU — | Сentralprocessingunit, центральное обрабатывающее устройство |
| Dual— | DocumentAccessLanguage, «язык доступа к документам» — сверхвысокоуровневый язык программирования с динамической типизацией |
| FPS — | FortranPowerStation, среда разработки для языка Fortran |
| FPU — | Floatingpointunit, сопроцессор для расширения командного множества центрального процессора и обеспечивающий его функциональностью модуля операций с плавающей запятой |
| PCI — | Peripheralcomponentinterconnect, шина ввода/вывода для подключения периферийных устройств к материнской плате компьютера |
| Рис. — | Рисунок |
ВВЕДЕНИЕ
Центральный процессор выполняет основную работу попреобразованию данных в вычислительной системе и, кроме того, осуществляет в ней функции автоматизированного управления в соответствии с алгоритмами управляющей программы операционной системы. В частности, центральный процессор взаимодействует с каналами ввода-вывода, запуская операции ввода-вывода и получая информацию о результатах их выполнения, а также о состоянии системыввода-вывода.
Центральный процессор - это устройство, обеспечивающее обработку данных по заданной программе. Центральный процессор производит следующие основные виды операций: выполнение команд, прерывание,сброс, регистрацию состояния (запись информации о состоянии вычислительной системы в целом или ее отдельных компонентов в определенные области основной памяти). Программу и обрабатываемые поней данные процессор выбирает из основной (оперативной) памяти.
Процессор включает в себя, в большинстве случаев, одно или несколько операционных (или арифметически-логических устройств), устройство управления, локальную память, средства контроля и диагностики.
Структура процессора определяется следующими факторами: достижение заданной производительности при минимальных затратах оборудования.
Известны следующие способы повышения производительности процессора:
1) совмещение отдельных этапов выполнения последовательно
выбираемых команд и этапов выполнения операций;
2) предвыборка и буферизация команд и операндов;
3) введение нескольких операционных устройств;
4) выбор алгоритмов ускоренного выполнения операций;
5) специализация операционных устройств;
6) введение в структуру буферной памяти (кэш-память);
7) повышение уровня системы команд (спецоперации).
Каждый способ влечет за собой увеличение объёма оборудования, а значит и увеличение стоимости процессора и, следовательно, снижение его эффективности, поэтому необходимо оценивать целесообразность использования каждого способа с учетом затрат оборудования.
Критерием эффективности структурного построения процессора для всех моделей ЕС ЭВМ является отношение производительности к стоимости.
ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ПРОЦЕССОРАХ Intel
На сегодняшний день на рынке присутствуют три семейства процессоров Intel - SandyBridge, IvyBridge и SandyBridge-E. Первые два устанавливаются в процессорный разъем Socket LGA1155, для IntelSandyBridge-E предусмотрен разъем Socket LGA2011.
Рис. 1 Последние поколение процессоров Intel
Второе поколение IntelSandyBridge является более старым, но именно в нем произошел революционный скачок в развитии процессоров Intel. В первую очередь, конечно же, речь идет об объединении на одном кристалле вычислительных блоков, графического ядра и системного агента, включающего контроллеры памяти и шины PCIExpress. К тому же большие изменения коснулись и самой архитектуры. Так, здесь появилась кэш-память нулевого уровня L0, или как ее еще называют, кэш декодированных микроопераций, позволяющий увеличить производительность и энергоэффективность.
Усовершенствовалась и кэш-память третьего уровня L3 (LastLevelCache), которая теперь работает на частоте процессорных ядер. При этом кэш-память L3 разбита на равноправные сегменты объемом 2 МБ, каждый из которых закреплен за своим ядром. Но в архитектуре IntelSandyBridge кэш-память L3 распределена не только между процессорными ядрами, но, благодаря кольцевой шине, также между графическим ядром и системным агентом, что опять же, позитивным образом сказывается на скорости работы компонентов процессора. Особенно это актуально для встроенного графического ядра, которое в роли видеопамяти использует «медленную» оперативную память DDR3.
Поколение процессоров IntelIvyBridge использует практически ту же самую архитектуру, лишь с незначительными усовершенствованиями. Напомним, что выпуск поколений процессоров Intel осуществляется по, так называемой, схеме «тик-так». На «тик» осуществляется переход на новый техпроцесс без смены архитектуры, а на «так» - смена архитектуры.
Рис 2. Микроархитектура Intel с кодовым названием Nehalem
Такая стратегия у Intel наблюдается в течение уже нескольких лет, и, похоже, компания не собирается от нее отказываться. Выпуск процессоров IntelIvyBridge попал на «тик», то есть произошел переход с 32-нм техпроцесса на 22-нм техпроцесс. Но отличия между IntelSandyBridge и IntelIvyBridge, пусть небольшие, но все же, есть. В первую очередь это касается встроенноговидеоядра.
Рис.3 Кристаллы процессоров
На рис. 3, на верхнем изображении представлен кристалл 4-ядерного процессора семейства IntelSandyBridge, а на втором - 4-ядерного процессора семейства IntelIvyBridge. Обе фотографии сделаны в одинаковом масштабе. Как видим, видеоядро в IntelIvyBridge, которое получило название IntelHDGraphics 4000, увеличилось в размерах. Теперь оно насчитывает шестнадцать исполнительных модулей, вместо двенадцати у IntelSandyBridge. Кроме того, до версии 2.0 обновился аппаратный перекодировщик видео QuickSync, который должен демонстрировать удвоенную скорость работы, добавилась поддержка библиотек DirectX 11, OpenGL 3.1, OpenCL 1.1 (на этот раз — аппаратная, а не эмуляция на x86-ядрах), разрешений до 4096×4096, а также возможность вывода изображения на три экрана.
Увеличилось и общее количество используемых транзисторов. У самой сложной версии чипа IntelSandyBridge насчитывалось 995 млн. транзисторов при площади кристалла 216 кв. мм., тогда как у IntelIvyBridge - 1,4 млрд. транзисторов при площади кристалла 160 кв. мм.
Несмотря на многообещающуюэнергоэффективность 22-нм техпроцесса, греются они довольно сильно. Как следствие, разгонный потенциал у IntelIvyBridge получился не такой большой, как у IntelSandyBridge.
Рис.4 Процессор IntelSandyBridge со снятой теплораспределительной крышкой
Рис 5. Процессор IntelIvyBridge со снятой теплораспределительной крышкой
Второй причиной повышенного нагрева является использование для контакта кристалла с крышкой процессора термоинтерфейса с меньшей теплопроводностью. На данных фотографиях хорошо заметно, что в IntelSandyBridge применяется безфлюсовая пайка металла, а в IntelIvyBridge - термопаста. Причем, как позже выяснили оверклокеры, термопаста далеко не лучшего качества. Единственное разумное объяснение такой ситуации - экономия при производстве. Но, справедливости ради стоит отметить, что на штатных частотах температура процессора IntelIvyBridge остается в пределах нормы, повышенный нагрев наблюдается только при разгоне.
В большинстве случае прирост в быстродействии процессора семейства IntelIvyBridge есть.
Рис.6 Процессор семейства IntelIvyBridge
Рассмотренные выше процессоры IntelSandyBridge и IntelIvyBridge являются массовыми решениями, потому что в большинстве случае именно они устанавливаются на платформы Intel. Но в модельном ряду Intel есть семейство процессоров SandyBridge-E (под Socket LGA2011), которое можно охарактеризовать не иначе как «топ-уровень» или «экстрим уровень». Технические характеристики процессоров SandyBridge-E роднят их, скорее с серверными моделями, чем с настольными
Рис 7. АрхитектураIntelSandyBridge-E