Реферат: Компьютерные микропроцессоры: история развития

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 P-рейтинг, так, процессор AMD K5 PR 166 имел реальную частоту всего 116.5МГц.

Cyrix тоже разрабатывали свою альтернативу пентиуму. Их проект назывался М1 (Spike).

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 P-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.

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.

Хотя первым процессором шестого поколения на самом деле является Pentium Pro, среди обычных пользователей он не получил большого распространения из-за 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 из-за 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.

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 P-рейтинга в маркировке процессоров. Ничего революционного не происходит: растут частоты процессоров, появляются новые расширения.

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 объёмов 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.

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.
Список использованной литературы

1.  www.electrosad.ru

2.  www.nix.ru

3.  www.xard.ru