Материал: 5180

66

правильного предсказания переходов на 33%.

Для ускорения работы целочисленных операций в Pentium 4 применена технология удвоения внутренней тактовой частоты. Два блока АЛУ (арифметикологическое устройство), выполняющих операции над целочисленными данными, работают на частоте вдвое большей, чем частота самого процессора.

Кэш 1-го уровня в процессоре также претерпел значительные изменения. В отличие от Pentium III, кэш которого мог хранить команды и данные, Pentium 4 имеет всего 8 КБ кэш-данных. Команды, поступающие на исполнение процессору, сохраняются в так называемом Trace Cache. Там они хранятся уже в декодированном виде, т. е. в виде последовательности микроопераций, поступающих для выполнения в исполнительные устройства процессора. Емкость этого кэша составляет 12000 микроопераций.

Кэш 2-го уровня (L2) в Pentium 4, сделанном на ядре Willamette, остался объемом 256 КБ. Ширина шины кэша L2 составляет 256 бит, но латентность кэша уменьшилась в два раза, что позволило добиться пропускной способности кэша в 48 ГБ при частоте 1,5 ГГц.

Самой интересной особенностью новых процессоров Pentium 4 является расширение набора команд процессора инструкциями Streaming SIMD Extensions 2 (SSE2). В отличие от AMD, которая сильно переработала блок FPU, Intel решила оставить его практически без изменений, но зато дополнила его множеством команд для работы с потоками данных. К 70 инструкциям SSE1, работающим с потоковыми данными одинарной точности, добавились 144 инструкции для работы с числами двойной точности, а также с целыми числами длиной 1 —8 байт. Оптимизация программ под SSE2 должна увеличить их производительность

в2—5 раз.

4.4.Конструктивы процессоров

Современные процессоры отличаются большим разнообразием конструктивов. Процессоры Pentium II изготавливались в конструктиве SECC и SEPP. Для этих процессоров был разработан Slot 1 — щелевой разъем с 242 контактами. В этот же слот устанавливаются и процессоры Celeron, и некоторые из Pentium III. Слот позволяет работать с частотой системной шины 66 или 100 М Гц. Для Slot 1 (в Pentium III,-4 не используется) предназначены процессоры с разными названиями «упаковки»:

1. SECC — картридж процессоров Pentium II. Представляет собой печатную плату с установленными компонентами. К микросхемам ядра и кэша

67

прилегает термопластина, распределяющая тепло, к которой снаружи крепится вентилятор (или иное охлаждающее устройство). Спереди картридж закрыт крышкой.

2.SECC 2 – картридж для тех же процессоров, который появился начиная с частоты 350 МГц. От предыдущего отличается тем, что не имеет термопластины – внешние «холодильники» прижимаются прямо к корпусам микросхем ядра и кэша» что снижает тепловое сопротивление и повышает эффективность охлаждения. Сами процессоры, устанавливаемые на SECC 2, могут быть как в корпусах PLGA (Plastic Land Grid Array), так и в OLGA (Organic Land Grid Array).

3.SEPP (Single Edge Processor Package) — картридж процессоров Celeron,

не имеющий ни термопластины, ни крышки. Внешний радиатор прижимается прямо к корпусу ядра, а микросхем вторичного кэша у процессоров Celeron нет.

В процессорах Celeron идея упаковки в картридж себя изжила — одну микросхему ядра легко упаковать и в обычный корпус со штырьковыми выводами. Так появился Celeron в корпусе PPGA (Plastic Pin Grid Array),

напоминающий по виду Pentium в форм-факторе Socket 370 (по числу выводов). Он имеет 6 полных рядов контактов.

Процессоры Pentium III выпускались в Socket 370, - 423, а Pentium 4

выпускается в конструктиве PPGA (Socket-423, Socket-478), а также новом варианте LGA 775.

4.5. Процессоры Itanium

В конце 2001 года Intel представила Itanium — первый процессор, построенный с использованием архитектуры нового поколения, совместно разработанной двумя компаниями. Хотя эта 64-разрядная архитектура основана на многолетних исследованиях Intel, HP и других компаний и университетов, она радикально отличается от всего, что было до сих пор представлено на рынке.

Intel Itanium не является 64-разрядным расширением 32-разрядной архитектуры х86 компании Intel. Он представляет собой нечто абсолютно новое – передовую архитектуру.

Архитектура Intel Itanium воплощает концепцию EPIC (Explicitly Parallel Instruction Computing — вычисления с явным параллелизмом команд). Концепция EPIC разработана совместно фирмами Intel и Hewlett-Packard; по их заявлениям, EPIC — концепция той же значимости, что CISC и RISC. В Itanium используется новый 64-разрядный набор команд, разработанный также совместно фирмами Intel и HP. К тому же Itanium полностью совместим с архитектурой 32-разрядных

68

процессоров. Подобно тому, как 32-разрядные процессоры умели переключаться между защищенным и реальным режимами, так и процессоры Itanium посредством выбора режима выполняют либо инструкции 32-разрядного х86, либо свои 64-разрядные инструкции.

В процессоре Itanium используется методика предположения. Она заключается в том, что инструкции и данные загружаются в процессор (используя процессор как кэш) до того, как они могут понадобиться, а в некоторых случаях, даже если они и не должны понадобиться. Такая ранняя загрузка должна происходить во время простоя процессора. Преимущество этой методики в том, что при совпадении загруженных данных с теми, которые потребовались для дальнейшей работы, исчезает время ожидания на их загрузку из памяти.

Itanium имеет три кэша. Два кэша, L1, L2, находятся на кристалле процессора. Кэш третьего уровня, L3, расположен на картридже и имеет объем 4 МБ.

Довольно большой процент площади кристалла (около 10%) занят модулем работы с плавающей точкой (FPU). Для такой работы у процессора есть 128 82битных регистров. Что дает переход на 64-битный процессор? Одно — это возможность обрабатывать 8-байтную информацию за такт процессора. Кроме процессора, этот режим должна поддерживать системная шина.

Другое — возможность использования 64 бит для адресации памяти. 32битный процессор может адресовать 232 т. е. приблизительно 4,3 млрд байт. А 64битный — 264, т. е. около 18,4 квинтильона байт.

С 2006 года началось производство нового процессора. Официально он называется Intel Core 2 Duo processor E6700, сообщая о себе в тестовой программе: "Intel(R) Core(TM)2 CPU 6700 2.66GHz". Новый модельный ряд процессора от фирмы Intel появился в 2006 году. Его характеристики вместе с другими новейшими процессорами отражены в табл. 10.

Процессоры компании AMD являются альтернативой процессорам компании Intel для IBM совместимых компьютеров. Их основные характеристики приведены ранее изданном учебном пособии1.

1 Раевский Ю. А. Информатика. Развитие компьютерных технологий : учебное пособие. Хабаровск : РИЦ ХГАЭП, 2004. 80 с.

69

Таблица 10 Характеристики последних моделей процессоров

1На оба ядра, но распределение объема кэш-памяти между ядрами происходит динамически.

○ – есть; ● – нет.

Y. Жесткий диск-винчестер

Самый первый жесткий диск появился в США в 1956 году и состоял из пятидесяти 24-дюймовых (60-сантиметровых) пластин. Он позволял хранить всего лишь 4,4 Мбайт данных и имел поистине астрономическую стоимость.

По настоящему компьютер стал персональным только с появлением в системном блоке жесткого диска. Изначально он получил название винчестер в связи с тем, что цифровые размеры и обозначение первого жесткого диска «30/30» случайно совпало с калибром популярной американской винтовки. В

70

1971 году в лабораториях IBM был изобретен флоппи-диск, а в 1973 году IBM представила жесткий диск с кодовым названием Winchester. Поэтому изобретателем жесткого диска для мини-ЭВМ и ПК является компания IBM, которая впервые разработала его для своей модели IBM-3340 (1973 г.). Жесткие диски являются носителями с прямым методом доступа, что обеспечивает высокую скорость доступа к данным (файлам).

В 1980 году компания Seagate представила жесткий диск емкостью 5 Мбайт, имевший форм-фактор 5,25-дюйма. Столь малые по тем временам размеры накопителей позволили использовать их в первых персональных компьютерах. 5,25-дюймовый размер сразу же приобрел широчайшую популярность и применялся в ПК на протяжении многих последующих лет. Первые жесткие диски такого размера объемом в 5 и 10 Мбайт появились на IBM PC XT в 1983 году. Со временем форм-фактор 3,5 дюйма вытеснил 5,25дюймовые диски и получил абсолютное признание в среде настольных ПК, а последние представители форм-фактора 5,25 дюйма были выпущены в 1997–99 годах.

Сегодня основными производителями дисков форм-фактора 3,5 дюйма для настольных компьютеров являются компании Maxtor (и влившиеся в нее

Quantum), Samsung, Seagate, Hitachi (IBM продала этот сектор рынка данной компании) и Western Digital. Что касается всех прочих производителей, то они выпускают жесткие диски меньших размеров и их доля на рынке пока значительно меньше. Анализируя состояние рынка HDD в последние годы, можно отметить, что основным его сегментом по-прежнему остаются жесткие диски форм-фактора 3,5дюйма для настольных ПК, а лидирует здесь компания Seagate, которая в 2004–2005 гг. осуществила около 27% всех поставок винчестеров.

Именно жесткий диск позволяет постоянно хранить не только операционную систему, но и файлы пользователя, а также обеспечивает возможность в любой момент инсталлировать все новое и новое программное обеспечение, появлявшееся на рынке. Тем не менее, официально он называется HDD (Hard Disk Drive). Первый винчестер для персонального компьютера имел емкость 5 Мегабайт (для IBM PC/XT, 1983 г.) и казалось, что этой емкости вполне достаточно, чтобы закрыть все потребности пользователя ПК. Но, прошло чуть более 20 лет, и емкость HDD увеличилась в сотни тысяч раз и составляет сегодня от 100 до 800 Гигабайт.

По своему устройству и физическому принципу действия жесткий диск