Экскурс в историю развития компьютерных микропроцессоров. Основные характеристики, свойства и технологии производства. Первые процессоры, революционная "трешка". Основные конкуренты Intel на рынке микропроцессоров. Революция номер два: шестое поколение.
Аннотация к работе
Процессор (CPU - central processor unit - центральный процессор) - это один из основных компонентов твоего компьютера, его можно сравнить с мозгом. Процессор в этой архитектуре берет на себя функции АЛУ и блока управления, он выбирает команды из памяти, а затем по очереди исполняет их и результат записывает обратно в память. Если процессор способен за раз принимать по одному байту, то он называется восьмиразрядным (или восьмибитовым), если 2 байта - шестнадцатиразрядным (16 бит), если 4 байта, то процессор называют тридцатидвухразрядным (32 бита), и самые последние процессоры могут принимать сразу по 8 байт и 64 бита. Допустим, чтобы сложить два числа процессору нужно потратить целых три такта (выполнить три операции): выбрать команду из памяти, выполнить операцию сложения и поместить результат обратно в память. Примерно в то же время появился процессор i80186, однако дальше тестовой лаборатории компании он не вышел изза своей несовместимости с процессором i8086.Нет конца глубине вопроса, по нему можно написать десятки глубоко научных трудов, но все равно пройдет время и возникнут новые проблемы, которые потребуется решать. История развития процессоров это постоянные компромиссы, результатом которых часто является совсем не то что планируют вожди отрасли. И количество компромиссов и соответственно ограничений становится тем больше при приближении к физическим пределам основного элемента процессора КМОП транзистора. Согласно информации, выполненный по 45 мкм тех. процессу, восьми ядерный процессор SPARC64 VIIIFX имеет скорость вычислений 128 GFLOPS, - 2.5 раз выше по сравнению с лучшим Intel, двух ядерным Itanium 2, тем не менее, даже с встроенным в Venus диспетчером памяти потребляет составляет только 33% от Itanium 2 следовательно, около 35Вт.
План
Содержание
Введение
Экскурс в историю микропроцессоров
Основные характеристики
Технологии производства
Первые процессоры
Революционная "трешка"
Революция номер раз "Четверка"
Intel Pentium
Конкуренты
MMX и 3DNOW!
Революция номер два
Шестое поколение
Pentium 4
На пути к 64-битам
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Процессор (CPU - central processor unit - центральный процессор) - это один из основных компонентов твоего компьютера, его можно сравнить с мозгом. Он выполняет логические и арифметические операции над различными данными. Процессор это большая интегральная схема в едином полупроводниковом кристалле. Это означает, что на куске камня сделали много-много маленьких транзисторов, которые вместе умеют правильно и быстро считать.
Процессор, наверное, самая быстроразвивающаяся часть компьютера, с каждым годом его производительность только растет. Еще каких-то 20 лет назад люди и не могли мечтать, чтобы на их столах стоял компьютер с частотой 3ГГЦ.
Всевозможных процессоров существует великое множество. Мы же будем рассматривать самые популярное семейство процессоров х86, которое с 1982 года используется в персональных компьютерах. Прежде чем говорить об истории процессоров, стоит разобраться в том, из чего состоит процессор.
Экскурс в историю микропроцессоров
Самые первые электронно-вычислительные машины (ЭВМ) появились в 60 годы ХХ столетия. Сперва размеры этих машин были громоздкие и они были доступны только исследовательским центрам с огромным бюджетом. Компьютеры же, участвуя в современном сверхбыстром научно-техническом прогрессе, становятся все меньше и меньше. В настоящее время - это машины, имеющие размеры дипломата и выполняющие любые мыслимые и не мыслимые операции.
В 1945 году Джорджем фон Нейманом была представлена архитектура персонального компьютера, получившая название архитектура фон Неймана. Компьютер с такой архитектурой включал в себя блок управления, арифметико-логическое устройство (АЛУ), память и устройство ввода-вывода. Именно на этой архитектуре, придуманной более 50 лет назад, основаны все современные персональные компьютеры. Процессор в этой архитектуре берет на себя функции АЛУ и блока управления, он выбирает команды из памяти, а затем по очереди исполняет их и результат записывает обратно в память.
Мозг компьютера - процессор - подключен к системной шине и выполняет программу, находящуюся в памяти компьютера. Программа состоит из последовательности команд. Каждая команда имеет разный размер и включает в себя не только информацию о том, что необходимо сделать, но и данные, которые нужно обработать. Поскольку все компьютеры работают с двоичными данными (нулями и единицами), то и команды и данные представляют собой набор двоичного кода.
Для того чтобы процессор мог обрабатывать большие объемы информации, было решено передавать ему команды не по одному байту, а сразу по несколько. Так было введено понятие разрядности процессора и разрядности системной шины. Если процессор способен за раз принимать по одному байту, то он называется восьмиразрядным (или восьмибитовым), если 2 байта - шестнадцатиразрядным (16 бит), если 4 байта, то процессор называют тридцатидвухразрядным (32 бита), и самые последние процессоры могут принимать сразу по 8 байт и 64 бита. Таким образом, чем больше разрядность процессора, тем больше информации он может получить и обработать за один период времени, а значит, тем он быстрее. То же самое и с разрядностью системной шины, чем больше разрядность - тем больше ее пропускная способность, тем больше информации она может доставить процессору. Причем разрядность процессора и системной шины не обязательно должны совпадать.
Кроме разрядности, процессоры отличаются набором команд. Существует некий общий набор команд, которые должны уметь выполнять все процессоры семейства х86, но каждый производитель процессоров добавляет к этому списку свои специализированные команды.
И конечно, процессор характеризуется тактовой частотой. Именно этим показателем сейчас меряются производители процессоров. Тактовая частота - это интервал времени, за который процессор выполняет определенную инструкцию. Для того чтобы понять это, вернемся к операции сложения. Допустим, чтобы сложить два числа процессору нужно потратить целых три такта (выполнить три операции): выбрать команду из памяти, выполнить операцию сложения и поместить результат обратно в память. Понятно, что чем быстрее частота процессора, тем быстрее эти операции будут выполнены.
Технологии производства
Процессор состоит из огромного числа транзисторов, связанных между собой. Транзистор - это полупроводниковый элемент, предназначенный для преобразования, усиления, перенаправления электрических сигналов. То есть, транзистор получает два каких-то сигнала, и, в зависимости от того, что он получил, выдает третий сигнал. Для изготовления транзисторов в процессоре используется кремний, как самый распространенный полупроводниковый материал на Земле. Технология производства следующая: сперва создается тонкая кремниевая пластина, которая тщательно полируется и покрывается различными химическими смесями. Затем пластину в определенных местах облучают ультрафиолетом, создавая на ней специальный рисунок. При попадании ультрафиолета на пластину слой химии выгорает, открывая доступ непосредственно к кремнию. Затем на полученную пластину наносятся зоны проводимости и непроводимости, для этого используется опять же кремний, но уже поликристаллический, а также различные оксиды и металлы. Полученная схема представляет не что иное, как огромное множество транзисторов.
Последние процессоры от Интел имеют размер транзистора всего 0,09 микрон (1 микрон = 0,001 миллиметра). Кроме того, чем меньше размер транзистора, тем меньше тепла он излучает при работе.
Первые процессоры
Итак, разобравшись с некоторыми основными свойствами процессоров, перейдем непосредственно к истории. В далеком 1971 году корпорация Intel явила миру первый микропроцессор, прадедушку того гигагерцового монстра, что стоит у тебя в компьютере. Первый микропроцессор имел индекс 4004. Это был четырехразрядный процессор, включающий в себя всего две тысячи транзисторов. Он не получил широкого распространения изза сильно ограниченного набора команд. Затем в 1974 году появился i8080, который выпускается и используется до сих пор в различных устройствах (например в АОНАХ домашних телефонов), и на основе которого был выпущен популярный компьютер ZX-Spectrum. Кстати, тогда этот процессор стоил чуть меньше 200 долларов.
Сейчас самое время вспомнить о другой компании, производящей процессоры, - Advanced Micro Devices. В 1969 году AMD открыла свою первую фабрику - Fab1. В то время компания не занималась созданием собственных процессоров, а выпускала чужие процессоры со своим логотипом. В начале 70-х годов она подписала соглашение с Intel о кросс-лицензировании и начала выпускать процессор 8080A (клон 8080).
В 1978 году появился первый 16-разрядный процессор от Интел - i8086. Он включал в себя 29 тысяч транзисторов и работал на частоте 4,77 МГЦ. Через год Intel разработал 8-разрядный процессор i8088, на основе которого и был выпущен первый персональный компьютер от IBM. i8088 был полностью совместим с более совершенным i8086, однако использовал 8-разрядную шину (то есть принимал по 1 байту за такт) и имел ограничение в 256 Кб памяти (а на самом деле компьютеры комплектовались лишь 16 Кб). IBM было проще и дешевле разработать и наладить выпуск компьютера на основе 8-разрядной шины, поэтому появился этот процессор с урезанной шиной. В то же время компания Compaq выпустила компьютер DESKPRO на основе i8086, который имел 16-битовую архитектуру и мог работать с целым мегабайтом оперативной памяти. Компьютеры от Compaq не получили большой популярности, а вот IBM PC буквально заполонили рынок персональных компьютеров. Именно на таком IBM PC впервые заработал MS-DOS. Чуть позже появились версии процессора i8088 с частотами 8 и 10 МГЦ. В то время Интел охотно продавала всем лицензии на производство нового процессора. Среди компаний купивших лицензии были Fujitsu, Hitachi, NEC, Siemens и другие.
И в 1980 году появился первый сопроцессор, получивший индекс i8087. Сопроцессор - это специализированный проц, работающий вместе с центральным процессором и предназначенный для выполнения операций с плавающей точкой. Такой сопроцессор был очень полезен для работы с различными электронными таблицами и математическими программами (древние аналоги Excel). Сопроцессор i8087 добавил более 60 дополнительных математических команд.
Примерно в то же время появился процессор i80186, однако дальше тестовой лаборатории компании он не вышел изза своей несовместимости с процессором i8086.
В 1982 году, Интел анонсировала новый i80286. Он расширил набор команд процессора i8086 и имел более высокую частоту (до 20МГЦ!). Процессор производился по 1.5 микронной технологии и содержал около 134 тысяч транзисторов. "Двойка" могла выполнять до 2,6 млн. операций в секунду, что было довольно круто и в 1984 году. IBM начала производство компьютеров IBM PC/AT. Из радикальных изменений была разработана новая модель распределения и защиты памяти, что позволило использовать память более 1Мб, для этого процессор переводился в специальный "защищенный" (protected mode) режим работы, однако он был реализован весьма сложно и имел множество недоработок. Использование защищенного режима позволило писать многозадачные программы.
В то же время AMD начала выпуск процессора 286А, который практически ничем не отличался от оригинального i80286.
Революционная "трешка"
В конце 1985 года все та же Intel представила новый процессор i80386. Это был большой прорыв. Во-первых, новый процессор умел работать в 32-битном режиме, а значит, был более производительный. Во-вторых, 386-й имел нормальную поддержку "защищенного" режима и расширенный набор команд, а значит, пришло время многозадачных операционных систем. И наконец, трешка умела выполнять несколько разных задач параллельно, то есть процессор мог выполнять две идущие друг за другом команды одновременно, если они не зависят друг от друга. Процессор производился по 1-микронному техпроцессу и имел более 275 тысяч транзисторов.
Ходят слухи, что 386-й проц. был разработан раньше 286, но у Интел были какие-то трудности с его выпуском. Рынок был не готов к 32-битным процессорам. Всего Интел представила 3 разновидности своего процессора: 386DX (Double-word EXTERNAL) настоящий 32-32-разрядный процессор с частотами от 12 до 33МГЦ. Этот процессор был дорог, и по просьбе IBM Интел выпустила упрощенный вариант - 386SX (Single-word EXTERNAL). Он отличался от DX не только названием, но и урезанной шиной, всего 16 бит. Процессор имел те же частоты что и старший брат, но компьютеры на его основе производить было дешевле. И в октябре 1990 года появилась третья версия процессора - 386SL (Single-word external Laptop). Это был мобильный вариант процессора с частотами 20 и 25МГЦ. Впервые трешка была использована в компьютере Compaq DESKPRO 386. Этим Compaq попросила потесниться лидера того времени IBM на рынке персональных компьютеров.
В то же время Intel отказала AMD в лицензии на выпуск 386 процессоров, разорвав заключенный ранее договор. AMD, естественно, подала в суд и победила. Таким образом, AMD могла выпускать полностью совместимые с Intel процессоры, и в 1991 появился Am386, точная копия i80386, только с более высокой тактовой частотой: до 40МГЦ. После этого было еще несколько судебных исков, во время которых AMD, фактически, выпускала процессоры без лицензии. И лишь в 1994 году суд запретил использовать AMD любые разработки Intel. Сразу после этого решения в 1995 году AMD и Intel подписывают новое соглашение, в котором AMD разрешается изготавливать и продавать 287, 386, и 486 процессоры.
На "трешку" впервые переносится операционная система UNIX, а также специально разрабатываются OS/2 и Windows.
Конечно, не обошлось без сопроцессора, он по традиции назывался i80387. Кроме Intel сопроцессоры стали производить Texas Instruments и Cyrix.
Революция номер раз Как уже упоминалось выше, ранее процессор мог выполнять команды только последовательно. В середине 80-х годов появилась деление процессоров на CISC (Complex Instruction Set Computing - процессоры со сложным набором команд) и на RISC (Reduced Instruction Set Computing - процессоры с сокращенным набором команд). До 386 все процессоры были основаны на архитектуре CISC. Со временем разработчики заметили, что некоторые операции, содержащиеся в сложных командах, выполняются гораздо чаще, а значит, их можно выделить в отдельные короткие команды. Так "трешка" получила в свое распоряжение дополнительный набор коротких команд, которые выполнялись за один такт процессора, в то время как на предыдущих версиях процессора для этого требовалось несколько операций, а значит, много тактов.
Кроме всего прочего, в 386-ом проце был усовершенствован конвейер выполнения команд. Суть конвейерной архитектуры заключается в том, что процессор разбит на несколько блоков, которые могут работать независимо друг от друга и одновременно выполнять операции на разных ступенях конвейера. Процессор может одновременно выбирать из памяти новую команду и в то же время производить операцию с текущей. Такая система сильно ускоряет работу CPU.
Появились компиляторы, которые при компиляции оптимизировали программы специально для 386-х процессоров, определенным образом упорядочивая команды. Желание выполнять больше операций за один такт процессора, привело к появлению так называемой суперскалярной архитектуры, впервые появившейся в процессорах Pentium. Суперскалярная архитектура подразумевает, что ядро самого процессора построено с использованием нескольких независимых конвейеров и умеет выполнять несколько RISC команд за такт, а получает процессор сложные команды, соответствующие CISC архитектуре.
"Четверка"
Еще одна мини-революция произошла вместе с появлением 486-го процессора. В апреле 1989 года появляется i486DX. От 386 он отличался тем, что имел встроенный кэш (8 Кб), встроенный сопроцессор, мог работать в многопроцессорном (SMP) режиме, а также имел 5-ступенчатый конвейер. Новый процессор работал на частотах от 25 до 33 МГЦ, имел 1,2 миллиона транзисторов, и был произведен по 0.8 микронному техпроцессу.
Благодаря наличию конвейера и встроенному кэшу, производительность "четверки" была в два-три раза выше, чем у "трешки" с той же частотой. Но изза усложнения процессора и еще не совершенной технологии производства в 1991 году Интел срочно начал выпуск процессора i486SX (16-33 МГЦ). Он отличался от DX тем, что не имел сопроцессора, а значит, значительно снижалась стоимость его производства. Первые процессоры SX были ничем иным как перемаркированными процессорами DX, у которых не работал сопроцессор.
В то же время появились четверки от АМД: Am486DX-40 и SX-40, которые имели схожие характеристики, но были дешевле. Еще одним конкурентом стала компания Cyrix предложившая покупателям Cx486SLC/DLC. Компания продавала их как 486 процессоры, однако на самом деле это были "трешки" с увеличенной частотой и кэшем. А затем появились Cx486S/DX - которые были полные клоны i486 (только кэш был всего 2 Кб). Еще одним 386 процессором продававшимся под маркой "четверки" бы IBM 486DLC. Тогда же началась рекламная компания, идущая до сих пор: "Intel Inside" (изначально полный лозунг звучал как "Intel: The Computer Inside").
Росли скорости процессоров, и все было бы нормально, но вот однажды процессор стал работать быстрее 25 МГЦ и даже быстрее 33 МГЦ. Это принципиальные частоты, поскольку именно со скоростью 25 или 33 МГЦ работает системная шина, то есть теперь чтобы повысить скорость процессора, нужно было увеличить скорость системной шины. И в 1992 году появилось решение: частоту шины оставить прежней, а процессор заставить работать на вдвое большей частоте. Так появились 486SX2 и DX2 с частотами 50-66 МГЦ, и был придуман новый термин - коэффициент умножения. В 1994 году начинается производство новой "четверки" - DX4, имеющий утроенную частоту 75 и 100 МГЦ соответственно, увеличенный объем кэша (16 Кб) и изготовленной по 0.6 мкм технологии. Конкуренты тоже не дремали и выпускали свои версии "разогнанных" процессоров. АМД удалось разогнать свои CPU аж до 120 МГЦ.
Такое увеличение частоты процессора привело к тому, что новые чипы стали сильно греться. И на них пришлось устанавливать радиаторы, а затем кулеры. Новые процессоры изза нового техпроцесса требовали пониженное питание, поэтому апгрейд на 486DX4 без смены матери был невозможен, и Интел стала выпускать небольшими партиями процессоры с названием "OVERDRIVE". Это были DX4 процессоры, но они могли работать в старых системных платах. Изза маленьких партий процессоры были дороги и не пользовались большой популярностью.
Intel Pentium
После выпуска 486 процессора возникла небольшая заминка, частоты процессора повышались, но ничего нового ни одна компания предложить не могла. Intel решила навести порядок с лицензиями и начала подавать в суд практически на всех крупных производителей процессоров: AMD, Cyrix, UMC.
Мир ждал 586 процессора, но Intel отказалась от такой схемы нумерации процессоров и новый процессор, вышедший в 1993 году, получил название Pentium (кодовое название P5). Он стал первым суперскалярным процессором семейства х86, и мог действительно выполнять несколько команд за один такт. P5 имел встроенный сопроцессор (причем полностью переработанный, с достаточно высокой производительностью). Первые процессоры имели частоты 60 и 66 МГЦ и работали с 64-битной шиной данных. P5 содержал 3,1 млн. транзисторов, и был построен на 0,8 мкм технологии.
Новый процессор был дорог, и не смог завоевать рынок. Кроме того, в первых партиях процессора была обнаружена ошибка и Intel пришлось бесплатно менять уже проданные процессоры на новые. И вот год спустя, в 1994, появляется новая версия "пня" с кодовым названием P54C. Новый процессор имел частоты от 75 до 200 МГЦ. Он изготавливался по 0,35 мкм технологии и стоил. немногим меньше 900 долларов. Потом цена стала падать.
Занявшись производством "пней", компания полностью перестала выпускать все остальные процессоры, оставив рынок конкурентам.
Конкуренты
В 1994 году никому не известная компания NEXGEN Microsystems представила свой процессор Nx586, это был прямой конкурент Pentium"у. За неимением своих заводов их стали производить на заводах IBM. Процессор был хороший: дешевый и быстрый, но он требовал значительных изменений в структуре материнской платы, а на это мало кто мог пойти, учитывая что Интел удерживал около 80% рынка процессоров. И AMD решает купить NEXGEN вместе со всеми ее разработками. В то время у AMD не было собственного процессора пятого поколения, и они занимались выпуском AMD 5x86-133-P75 (быстрый 486 процессор). Обрати внимание на обозначение P75. АМД придумали сравнивать производительность своих процессоров с аналогичными разработкам Интел, так появился "Р-рейтинг" (от слова Pentium).
Купив компанию NEXGEN, AMD разработала AMD K5 (75 - 116МГЦ) - процессор с новой архитектурой. Внутри это был полностью RISC, получавший CISC команды. Теоретически, он мог выполнять до четырех команд за один такт. Однако процессор появился лишь в 1996 году и уже не мог полноценно конкурировать с более быстрым и известным "пнем". Компания продолжала использовать Р-рейтинг, так, процессор AMD K5 PR 166 имел реальную частоту всего 116.5МГЦ.
Cyrix тоже разрабатывали свою альтернативу пентиуму. Их проект назывался М1 (Spike).
MMX и 3DNOW!
В 1997 году, Intel решила добавить новые команды к процессору (получившему название P55C). До этого набор команд не менялся со времен 386-го проца. Было добавлено 57 новых команд, которые значительно позволяли ускорить обработку видео и звука. Эти команды получили название MMX (MULTIMEDIA EXTENSION - мультимедийное расширение). Новые процессоры имели частоты 166, 200 и 233МГЦ.
Чуть позже Cyrix выпускает процессор совместимый с технологией MMX - 6x86MX. Это был самый медленный и самый дешевый процессор, совместимый с "пнем".
AMD, в ответ на Pentium MMX, выпускает процессор AMD K6 (основанный на процессоре от компании NEXGEN и имевший поддержку MMX команд). И начиная с этого процессора АМД отказалась от использования Р-рейтинга в маркировках, поскольку реальная частота стала соответствовать процессорам Интел от 166 до 233МГЦ.
В 1998 году был анонсирован K6-2. Он отличался от K6 тем, что имел еще более высокие частоты до 550МГЦ, но главным отличием было наличие нового набора инструкций "3DNOW!". АМД решила пойти против Интела и самостоятельно расширила список команд процессора. Это был некий аналог ММХ команд, но они были предназначены для работы с вещественными, а не целыми числами. А конкретно: для работы с 3D-графикой. Затем, с появлением новых процессоров, стали появляться: SSE (Streaming SIMD (single instruction-multiple data) Extension или MMX2), SSE2 и SSE3. AMD предложила 3DNOW! Professional, Enhanced 3DNOW! и т.д.
Революция номер два
Параллельно с Pentium Intel вела разработку принципиально нового по своей структуре процессора Pentium Pro (кодовое название P6). Он состоял из 21 млн. транзисторов, изготавливался по 0,35 мкм технологии и имел частоты от 150 до 200МГЦ. Революционность процессора состояла в том, что он имел RISC ядро, содержал в себе три независимых конвейера, два кэша и был оптимизирован специально для работы с 32-битным кодом. Новый процессор предназначался для серверов (в 4-процессорных конфигурациях) и рабочих станций, проводящих сложные вычисления. Однако при работе со стандартными 16-битными приложениями Pentium Pro показывал едва ли не худшую производительность, чем обычный Pentium, поэтому на рынке настольных систем он популярности не завоевал. Именно после выхода Pentium Pro начался постепенный переход с 16-битных приложений на 32-битные.
Шестое поколение
Хотя первым процессором шестого поколения на самом деле является Pentium Pro, среди обычных пользователей он не получил большого распространения изза своей высокой стоимости. И в 1997 году Интел выпускает процессор Pentium II. По своей сути это был оптимизированный Pentium Pro с поддержкой MMX. Для удешевления стоимости производства кэш выносят на плату рядом с процессором, и все это хозяйство запихивают в картридж. Такой процессор имел частоты 233-450МГЦ и производился по 0.35 (0.25) мкм технологии.
В это время появился AMD K6-2, о котором говорилось выше, но изза более низких частот он не мог составить реальную конкуренцию PII. Также был начат выпуск Cyrix MII, который был дешевый, но медленный.
Чуть позже появляется серверный вариант - PENTIUMII Xeon (усовершенствованная версия PII), стоимостью до 3 тысяч баксов. А для дешевых компьютеров был выпущен Pentium II Celeron (урезанная версия PII). Celeron уступал своему младшему собрату Pentium MMX в скорости, однако он обладал неплохими возможностями для разгона, чем, собственно, и пользовались юзеры.
В 1999 году Интел представляет очередной процессор шестого поколения - Pentium III. Вначале он также выпускался в картриджах, но затем, вследствие усовершенствования техпроцесса, стал доступен в привычном для нас виде. P3 пережил четыре разных ядра: Klamath, Deschutes, Coppermine и Tualatin. И опять принес расширенный набор команд SSE.
В качестве альтернативы AMD представляет K6-III. Причем новый процессор от AMD появился на три дня раньше процессора Интел. И затем в 1999 году появляется AMD Athlon (K7) и его урезанный вариант Duron.
А в это время Cyrix покупается компанией VIA Technologies и прекращает любые попытки конкурировать с Интел и АМД, выпуская абсолютно никакой по производительности процессор Cyrix III. На рынке процессоров х86 остаются два основных игрока.
Pentium 4
В ноябре 2000 года Интел представляет последний процессор шестого поколения Pentium 4. Ядро процессора было создано с нуля, при этом была полностью сохранена совместимость с предыдущими поколениями процессоров. По уже сложившейся традиции появились урезанные версии процессоров с маркировкой Celeron. В Pentium 4 была реализована технология Hyper-Threading. Благодаря этой технологии, в системе вместо одного физического процессора видно два "виртуальных" процессора. Операционная система думает, что работает на двухпроцессорной системе, хотя реально установлен только один процессор.
В ответ на Pentium 4, AMD представляет новый процессор Athlon XP и снова возвращается к использованию Р-рейтинга в маркировке процессоров. Ничего революционного не происходит: растут частоты процессоров, появляются новые расширения.
На пути к 64-битам
Переход с 16-битных на 32-битные приложения произошел почти незаметно для обычного пользователя, примерено так же произойдет и с переходом к 64-битным процессорам. в 2002 году компания AMD представила развитие архитектуры x86 под названием AMD64, представляющее собой очередное расширение набора команд x86, но рассчитанное на работу с 64-битными целочисленными регистрами общего назначения. В "железе" этот набор команд впервые был реализован на процессорах семейства AMD K8: Opteron/Athlon64, полностью программно совместимых и с обычными x86 процессорами.
В течении последующих двух лет стало ясно, что полная реализация потенциала этих процессоров возможна только при работе в операционной системе, использующей соответствующий набор команд и 64-битную адресацию памяти, что, в первую очередь, позволяло без всяких ограничений работать с линейными массивами данных объемом более 4Гб.
В первую очередь на новые процессоры были портированы ОС семейства Linux вместе с достаточно представительным набором критичных к скорости процессора и требующих больших объемов памяти приложений. Скорость и стабильность работы новых процессоров, а также принципиальные трудности с созданием настольного процессора с архитектурой Intel IA64 сподвигли компанию Microsoft заняться портированием своих ОС на эту платформу.
С этого момента стало ясно, что набор команд AMD64 станет новым индустриальным стандартом, и Intel не осталось ничего другого, как добавить в свои процессоры полный аналог набора команд AMD64, в реализации Intel названный EM64T (Extended Memory 64-bit Technology).
Самые характерные точки в истории освоения новых технологических процессов показаны на следующем рисунке.
Вывод
Это конечно не все тенденции и проблемы развития процессоров. Нет конца глубине вопроса, по нему можно написать десятки глубоко научных трудов, но все равно пройдет время и возникнут новые проблемы, которые потребуется решать. История развития процессоров это постоянные компромиссы, результатом которых часто является совсем не то что планируют вожди отрасли. И количество компромиссов и соответственно ограничений становится тем больше при приближении к физическим пределам основного элемента процессора КМОП транзистора.
Примером такого компромисса является ограничение тактовой частоты процессора.
Накопление этих компромиссов в конце концов становится непреодолимым, и это тупик данной технологии. Согласно информации, выполненный по 45 мкм тех. процессу, восьми ядерный процессор SPARC64 VIIIFX имеет скорость вычислений 128 GFLOPS, - 2.5 раз выше по сравнению с лучшим Intel, двух ядерным Itanium 2, тем не менее, даже с встроенным в Venus диспетчером памяти потребляет составляет только 33% от Itanium 2 следовательно, около 35Вт. Один из "специалистов" вычислил тактовую частоту этого процессора как 16 ГГЦ. Это неверно уже потому что, при сходной структуре транзисторов, современных тех. процессах и равном 35 Вт его тактовая частота не может превышать 4 ГГЦ.
Но уже скоро появятся процессоры нового поколения, где вместо шин для связи с внешними устройствами будут использоваться встроенные в процессор оптические системы передачи данных. Это шины обмена информацией с памятью, внешними устройствами, и даже шины связи с HDD, SSD
И тогда процессор, как и компьютер, предстанут в новом и возможно качестве.