Historia procesorów Intel Pentium^® oraz Celeron^®

Wstęp

Słowem wstępu chciałem krótko przedstawić, jakie informacje zawiera niniejsza praca. Napisałem tutaj wiele istotnych rzeczy na temat procesorów typu Intel Pentium. Zawarte informacje mogą posłużyć jako źródło, z którego korzystać mogą zarówno osoby, które nigdy wcześniej nie miały możliwości głębiej poznać budowę, intensywność pracy czy też możliwości urządzenia, który jest sercem każdego komputera. Starałem się wyjaśniać wszystko w taki sposób, aby wszyscy rozumieli, o co chodzi. Już we wstępie zacznę wyjaśniać poszczególne terminy informatyczne. Praca ta zawiera również fotografie każdego omawianego typu procesora. Praca ta podzielona będzie na kilka rozdziałów, w których omawiane będą poszczególne części informacji zawartych w tym opracowaniu. Procesor, jest to układ scalony, którego działanie polega na wykonywaniu instrukcji programów. Jego rolę przyrównać można do roli mózgu. Procesor nadzoruje i synchronizuje pracę wszystkich urządzeń w komputerze. Jest kilka charakterystycznych cech które rozróżniają procesory od siebie: Architektura [CISC lub RISC], liczba bitów przetwarzanych w jednym cyklu [mówimy np. procesor 16 bitowy]
Częstotliwość taktowania procesora [ podawana w MHz np. 600 MHz]. Możemy wyróżnić kilka rodzajów procesorów: Procesory z rodziny: Intel Pentium I, PRO, MMX, II, III, XEON oraz Intel Pentium 4 a także Intel Celeron. Na początku w komputerach osobistych królował procesor CISC (Complex Instruction Set Computer). W połowie lat osiemdziesiątych pojawiła się architektura RISC (Reduced Instruction Set Computer). Nie ulega wątpliwości, że głównym celem rozwoju procesorów jest zwiększanie ich mocy obliczeniowej. Jeszcze do niedawna moc obliczeniową utożsamiano z szybkością działania procesora, czyli częstotliwością zegara taktującego procesor. Powodem był sposób działania jednostki centralnej - w jednym cyklu procesora wykonywana była część lub jedna instrukcja. Im szybciej taktowany był procesor, tym więcej instrukcji wykonywało się, powodując że procesor stawał się wydajniejszy. Jednak dość szybko okazało się, iż uzyskiwany wzrost wydajności w procesorach CISC przestał zaspokajać rosnące potrzeby użytkowników. Powrócono więc do koncepcji RISC, czyli procesorów o uproszczonej liście rozkazów, zapewniających optymalizację ich realizowania. Dodatkowy wzrost mocy obliczeniowej uzyskano też dzięki zastosowaniu techniki pipeline- przetwarzaniu potokowym danych. W 1984 roku firma Hewlett - Packard jako pierwsza ogłosiła swoją wizję procesorów RISC, a w roku 1986 rozpoczęła ich instalowanie w swoich komputerach. W 1992 roku pod nazwą Precision Architecture pojawiła się nowa rodzina procesorów PARISC Hewlett - Packarda. Dzięki prostszej strukturze wewnętrznej i mniejszym wymiarom (mniej wydzielanego ciepła) procesory RISC pracują szybciej. W tym samym niemal czasie trafiły na rynek procesory RISC'owe firmy MIPS, potem procesory SPARC firmy SUN oraz POWER PC firmy IBM. Przyrost wydajności procesorów RISC wynosił wówczas ok. 50% na rok, natomiast 25-30% w procesorach CISC. Pojawiły się też inne metody przyspieszania pracy procesorów. Zintegrowano szybką pamięć podręczna z procesorem, co przyczyniło się do ogromnego wzrostu wydajności jednostki centralnej mimo niewielkiej pojemności pamięci. Procesory zaczęły stawać się superskalarne, oznacza to że posiadają więcej niż jeden potok typu pipeline. W celu eliminacji opóźnień spowodowanych zmianami w normalnym przebiegu programu - rozgałęzieniami przy operacjach skoku skonstruowano układy przewidywania skoków, co dodatnio wpłynęło na wzrost wydajności CPU. Pojawiła się również technologia MMX firmy INTEL, która spowodowała rozwój oprogramowania multimedialnego. Wprowadziła ona nowy zestaw rozkazów przyspieszający przetwarzanie grafiki, video czy dźwięków.

Obecnie nieuniknionym wydaje się kolejny przełom technologiczny, podobny do tego, jakim było opracowanie procesora RISC.

Rozdział I

.:Rozwój procesorów:.

PROCESORY 8086/8088

Procesor 8086 został zaprezentowany przez firmę INTEL już w 1976 r. Był pierwszym procesorem 16- bitowym o wielkiej na ówczesne czasy przestrzeni adresowej 1MB. W dziesięć lat później, kiedy rynek został opanowany przez 8-bitowe systemy PC, INTEL zaprojektował procesor 8088 będący odpowiednikiem 8086, ale mogący współpracować z magistralami 8-bitowymi. Ten hybrydowy procesor umożliwiał pracę oprogramowania wykorzystującego rejestry 16-bitowe, mogące mieć dostęp do pamięci do 1MB i to za cenę systemu 8-bitowego. Procesor 8088 stał się sercem systemów PC i PC XT. Częstotliwość zegara wynosiła w pierwszych modelach 4.77MHz w póˇniejszych 4.77/8MHz, a w ostatnich modelach 10MHz.

PROCESORY 80186/80188

Procesory ‘186 i 188, różnią się, podobnie jak ‘86 i ‘88, szerokością zewnętrznej magistrali danych. Procesor 80186 w stosunku do 8086 był zmodernizowaną wersją zawierająca w jednej obudowie kilkanaście komponentów, które w poprzednich systemach znajdowały się oddzielnie. Ideą konstrukcji było zmniejszenie liczby układów znajdujących się na płycie głównej. Procesory 8018X miały rozbudowany zestaw rozkazów. Jednak kłopoty, jakie pojawiły się przy budowie systemu, który byłby całkowicie kompatybilny z systemem zawierającym procesor 8086/88, spowodowały, że zrezygnowano ze stosowania tych układów.

PROCESOR 80286

Procesor 80286 miał swoją premierę w 1981 r. Został wybrany przez IBM do nowej rodziny komputerów AT. Procesor jest kompatybilny ze wcześniejszymi układami co oznacza, że oprogramowanie napisane na procesory 8086/88 będzie poprawnie działać w systemie z procesorem 80286.

Procesor 80286 ma dwa tryby pracy: tryb adresowania rzeczywistego i tryb pracy chronionej. W trybie rzeczywistym procesor 80286 jest kompatybilny z 8086 na poziomie kodu wynikowego, co oznacza, że procesor może wykonywać skompilowane programy z systemu 8086 bez dokonywania w nich jakichkolwiek zmian.



PROCESORY 80386 I 80386SX

Procesor 80386 jest procesorem 32-bitowym przeznaczonym do pracy w systemach wielozadaniowych. Były rewolucją na rynku mikrokomputerów ze względu na swoje wielkie możliwości. Swoją premierę miał w 1985 r. a po raz pierwszy systemem komercyjnym w którym go zainstalowano, był komputer COMPAQ Deskpro 386.Procesor 80386 może wykonywać ten sam zestaw instrukcji co procesor 80286. Może być programowo przełączony w tryb pracy chronionej, jak i z pracy chronionej w tryb rzeczywisty. Jest to o tyle istotne, że 80286 przy przejściu z pracy chronionej w tryb rzeczywisty wymagał resetowania systemu. Procesor 386 może zaadresować 4GB pamięci fizycznej. Procesor 80386SX jest zmodyfikowaną wersją procesora 80386 mającą zmniejszoną szynę danych do 16-bitów i szynę adresową do 24-bitów. Jest więc wersją zapewniającą możliwości procesora 386, w tym tryb wirtualnej rzeczywistej, ale za cenę 286. Ze względu na wielkość magistrali adresowej może adresować 16MB pamięci fizycznej.

PROCESOR 80486

Procesor 80486, wprowadzony na rynek w 1989 r. jest ulepszoną wersją procesora 80386. Z punktu widzenia oprogramowania 80486 jest szybszy od 80386,ma sześć instrukcji więcej. Jedna sama konstrukcja tego procesora zawiera sporo ulepszeń i nowości .Najciekawszą jest przetwarzanie potokowe. Procesor 80486 pracuje szybciej niż procesor 80386 przy tej samej częstotliwości zegara .Innym warunkiem zwiększenia częstotliwości, a więc i prędkości pracy, jest dalsze zmniejszenie rozmiarów elementów procesora. Procesor 80486 był jednym z pierwszych układów o szerokości ścieżek mniejszych od jednego mikrona( jednej milionowej metra).80486 zawiera wbudowaną pamięć cache, jak i koprocesor. 8kB pamięci cache może być podzielony na cztery 2kB bloki, które mogą być niezależnie wykorzystywane. Pamięć jest wykorzystywana w trybie write-through. W trakcie odczytu z pamięci najpierw sprawdzana jest pamięć cache. Jeśli potrzebne dane są w niej zawarte, są odczytywane, jeśli nie ,to odczytywany jest z pamięci cały blok o rozmiarze równym pojemności pamięci cache. W trakcie zapisu dane są jednocześnie zapisywane do pamięci cache i pamięci operacyjnej.
Wiele płyt głównych wyposażonych jest w gniazdo umożliwiające zamianę lub rozbudowę procesora. To 169-końcówkowe gniazdo może być wykorzystywane w różnoraki sposób. W przypadku systemów z procesorem 80486DX, w to gniazdo wkładany jest układ z procesorem 80486DX2. Stary procesor jest automatycznie odłączany i jego funkcje przejmuje nowy.



PROCESOR 80486SX

Nie wszystkie zastosowania wymagają oprócz szybkości dużej mocy obliczeniowej oferowanej przez koprocesor. Z myślą o tych zastosowaniach został zaprojektowany procesor 80486SX . Jest to w zasadzie procesor 80486DX bez koprocesora. Oferowany jest tylko z zegarem 20 i 25 MHz. Jednak jest o wiele szybszy od procesora 80386DX pracującego z tą samą częstotliwością. Brak koprocesora może być zniwelowany przez włożenie koprocesora 80487SX w gniazdo overdrive lub miejsce przewidziane przez producenta płyty

Rozdział II

.:RODZAJE PROCESORÓW:.

Intel Pentium I

Procesor Intel Pentium wprowadzony na rynek w 1993 roku, łączy w sobie moc obliczeniową osiąganą przez minikomputery i stacje robocze, z elastycznością cechującą komputery osobiste. Procesor został opracowany z myślą o wykonywaniu skomplikowanych obliczeń numerycznych, ustanawia nowe standardy w dziedzinie architektury mikroprocesorów, zacierając dotychczasowe granice między sprzętem, a oprogramowaniem oraz stwarzając komputerom osobistym zupełnie nowe możliwości obliczeniowe. Zawierający 3,1 mln tranzystorów (tranzystor - trójkońcówkowy półprzewodnikowy element elektroniczny, posiadający zdolność wzmacniania sygnału elektrycznego. Nazwa tranzystor pochodzi z angielskiego zwrotu "transfer resistor", który oznacza element transformujący rezystancję) nowy 32- bitowy procesor może pracować z częstotliwością zegara od 60 do 200 Mhz. Elastyczna struktura wewnętrzna pozwala procesorowi na jednoczesne wykonywanie więcej niż jednej instrukcji w czasie jednego cyklu zegara. Dzięki temu Pentium jest w stanie realizować programy szybciej niż jakikolwiek inny procesor czwartej generacji (4x86). Szybkość obliczeń zmiennoprzecinkowych procesora umożliwia zastosowanie go do skomplikowanych zadań numerycznych. Wszystkie możliwości techniczne procesora osiągnięto bez utraty zgodności z poprzednimi modelami procesorów rodziny 80x86. Dorównując pod względem mocy obliczeniowej jednostkom centralnym stacji roboczych tamtych czasów (lata 93-95) Pentium przewyższa je pod względem kompatybilności z ponad 50 tys. aplikacji (wartymi miliardy dolarów), które zostały opracowane na komputerach z procesorami Intela. Oprócz zgodności z istniejącym oprogramowaniem użytkowym, Pentium pozwala na pracę wszystkich współczesnych systemów operacyjnych dostępnych dziś na komputerach osobistych: UNIX, Windows NT, Solaris, NEXTstop itd. Umożliwia to użytkownikom i twórcom systemów komputerowych tworzenie dowolnych sieci, składających się z komputerów pracujących w różnych środowiskach. Wysoką wydajność przetwarzania Pentium, zgodność z wcześniejszymi modelami procesorów oraz możliwość rozwoju w przyszłości osiągnięto dzięki zastosowaniu nowatorskich rozwiązań w konstrukcji procesora.

Są nimi:

• elastyczna architektura,

• oddzielna pamięć lokalna cache (cache - mechanizm, w którym ostatnio pobierane dane dostępne ze źródła o wysokiej latencji i niższej przepustowości są trzymane w pamięci o lepszych parametrach. ) dla kodu programu i danych,

• przewidywanie skoków warunkowych,

• wydajna jednostka arytmetyczna dla operacji zmiennoprzecinkowych,

• 64-bitowa magistrala danych,

• możliwość pracy wieloprocesorowej,

• możliwosć programowania rozmiaru stron pamięci,

• detekcja błędów i nadmiarowość (dublowanie) operacji,

• śledzenie pracy w celu optymalizacji czasu wykonania programów,

• zgodność ze standardem OverDrive.

Produkt Intela zasilany był napięciem 5V a dalsze prace doprowadzają do obniżenia napięcia do 3,3V. Wersje procesora z zegarem 60 i 66 przystosowane były do gniazda Socket 4, do następnych modeli zaczęto stosować gniazda Socket 5 i Socket 7. Początkowa cena: 878 USD

Intel Pentium PRO

W drugiej połowie 1995 roku wprowadzono profesjonalną wersję Pentium. Procesor Pentium Pro (P6) to kompromis pomiędzy wzajemnie wykluczającymi się celami. Zastosowanie odpowiednich technik podnoszących wydajność nie powinno prowadzić do komplikacji uniemożliwiającej praktycznie produkcję układu. W procesorze Pentium Pro Intel zastosował architekturę superskalarną i superpotokową, niekolejną realizację instrukcji i zmianę nazw rejestrów, przewidywanie skoków, spekulatywne wykonywanie instrukcji i wiele innych możliwości. W P6 dla osiągnięcia dużej szybkości zastosowano wiele rozwiązań technologii RISC. P6 jest silnie superskalarny - może wykonywać aż trzy instrukcje x86 w jednym cyklu zegara, podczas gdy Pentium realizuje dwie operacje w jednym cyklu. Równocześnie jest superpotokowy, co oznacza, że potoki Pentium Pro są pojemniejsze i pozwalają na osiągnięcie wyższych częstotliwości zegara. Równocześnie superpotokowość jest jedną z przyczyn problemów ze skutecznością procesora P6 przy zastosowaniach 16-bitowych, przez co w Win 95 jego wyniki były poniżej zwykłych Pentium z tym samym zegarem. Pentium Pro początkowo pracował z częstotliwościami zegara 133 i 150 MHz, póŸniej ukazała się wersja 200 MHZ. Tak samo było z 0,6 mikrometrową technologią BiCMOS, którą obecnie zamieniono na 0,35 mikrona, co dało możliwość tworzenia procesorów z wyższymi częstotliwościami pracy zegara. W Pentium Pro superpotokowość jest wspomagana jest możliwością niekolejnego wykonywania instrukcji. Przetasowanie kolejności realizacji rozkazów pozwala odłożyć na bok instrukcje, które czekają na dane i nie mogą być jeszcze wykonane, a realizować inne, już skompletowane. Procesor uniknie zdarzającego się często w Pentium, w którym potoki działają w ściśle określonej kolejności, stanu oczekiwania. W P6 umożliwiono zmianę nazw rejestrów. Ułatwia to zmiany kolejności wykonywania instrukcji i omijanie klasycznego wąskiego gardła procesorów x86 - ograniczonej liczby rejestrów przewidzianych w zestawie instrukcji.

Intel Pentium MMX

Chcąc zapewnić równoczesne pojawienie się oprogramowania MMX i pierwszych procesorów MMX, Intel zaprezentował publicznie nową technologię już w marcu 1996 roku na dziesięć miesięcy przed premierą. Po raz pierwszy Intel wprowadził jednego dnia wersje procesora do desktopów i komputerów przenośnych Technika MMX, która jest pierwszą poważniejszą zmianą w intelowskiej architekturze x86 od czasu opracowania przed 10 laty procesora 386, wprowadza 57 nowych rozkazów zaprojektowanych w celu wzbogacenia i przyspieszenia multimediów oraz komunikacji w komputerach PC. Programy wykorzystujące MMX mogą znacznie lepiej wykonywać takie zadania, jak odtwarzanie dźwięku i wideo, przetwarzanie obrazów oraz tworzenie grafiki trójwymiarowej. Począwszy od procesora Pentium z techniką MMX, który dzięki powiększonej podstawowej pamięci podręcznej wydajniej obsługuje aplikacje standardowe, Intel będzie wprowadzał nowy zbiór rozkazów we wszystkich przyszłych procesorach. Chociaż P55C pasuje do tego samego gniazda, co klasyczne Pentium (Socket 7) i ma podobną nazwę, jego konstrukcja stanowi istotną nowość. Klasyczny procesor Pentium ma pamięć podręczną L1 o wielkości 16KB, natomiast MMX - 32KB, co oznacza, że traci mniej czasu na negocjacje z zewnętrzną pamięcią podręczną L2 oraz z pamięcią główną. Dzięki temu oraz wielu innym ulepszeniom nie związanym z MMX wydajność aplikacji nie korzystających z MMX wzrasta o 10 do 20 procent. Nie oznacza to jednak większego zużycia mocy - Intel skonstruował klasyczne Pentium w technice BiCMOS, natomiast P55C w 0,35 mikrona, w którym nie wykorzystuje się energochłonnych tranzystorów bipolarnych. Napięcie na stykach wejścia i wyjścia procesora wynosi 3,3V, ale jego napięcie wewnętrzne jest o wiele niższe: 2,8V dla komputerów desktop oraz 2,45V dla przenośnych. Dotychczas podwójne napięcie standardowo stosowano w procesorach do komputerów przenośnych, a obecnie po raz pierwszy wykorzystano je w procesorach desktopów. Większość płyt głównych jest wyposażona w regulatory napięcia, które po odpowiednim nastawieniu umożliwiają stosowanie nowych procesorów.

Intel Pentium II

Procesory Pentium II spotykane są w różnych wersjach. Najtańsze modele Pentium II 233 i 266 MHz (obecnie już nie dostępne), produkowane w technologii 0,35 mikrona i bazujące na FSB 66 MHz (Klamath), zasilane były napięciem 2,8 V. Nowocześniejsze układy (Deschustes, FSB 100 MHz) są zasilane napięciem 2 V i wykonane w technologii 0,25 mikrona. Oba typy procesorów zewnętrznie niczym się nie różnią i przystosowane są (oprócz wersji Xeon) do współpracy ze złączem Single Edge Connector (Slot 1). Ostatnio na rynku pojawiły się egzemplarze Pentium II (350 i 400 MHz) umieszczane w obudowie SECC2 (Single Edge Contact Cartridge) pozbawionej przylegającej do wentylatora ścianki. Nowa konstrukcja ma ułatwić chłodzenie jednostki centralnej, a przede wszystkim pamięci podręcznej L2.

Wewnętrzne różnice w architekturze obu modeli sprowadzają się do zmian nieistotnych z punktu widzenia typowego użytkownika. Najważniejsza polega na zwiększeniu zakresu bezpośrednio buforowanego obszaru pamięci z 512 MB dla Klamath do 4 GB w Deschustes.

Obie rodziny Pentium II odziedziczyły po poprzednikach pełen zestaw instrukcji MMX. W każdym procesorze Pentium II 32 KB pamięci cache L1 dzielą się na dwa obszary po 16 KB przeznaczone odpowiednio dla danych i instrukcji. Pamięć podręczna L2 znajduje się poza jądrem. Oddzielne układy szybkiej pamięci SDRAM (zazwyczaj o czasie dostępu 4,5 lub 5 ns) umieszczane są na jednej płytce drukowanej wraz z głównym układem scalonym procesora 512 KB cacheu L2 pracuje z częstotliwością dwukrotnie mniejszą niż samo jądro. Procesory Pentium II korzystają z jednej z dwóch częstotliwości magistrali. Wcześniejsze modele (233, 266, 300, 333 MHz) współpracowały z FSB 66 MHz. Obecnie produkowane egzemplarze Pentium II (350, 400, 450 MHz)korzystają ze FSB 100 MHz. Magistrala 100 MHz zapewnia dodatkowy przyrost wydajności związany z szybszą pracą całego systemu.

Intel Pentium II XEON

Pentium Xeon to opracowany przez firmę Intel, 32 bitowy procesor szóstej generacji, zbudowany w oparciu o architekturę CISC i z góry przeznaczony jako jednostka obliczeniowa dla wysoko wydajnych stacji roboczych i serwerów. Układy te mogą pracować w systemie wieloprocesorowym - tzn. kilka procesorów może być jednocześnie zainstalowanych na jednej płycie podnosząc w ten sposób ogólną wydajność całego systemu. Procesory taktowane są prędkością magistrali FSB od 100 do 133 MHz i zbudowane są w technologii 0,18 mikrona. Z uwagi na niestandardowe możliwości Xeony wymagają specjalnego złącza, poprzez które łączone są z płytą główną - Slot 2. Wykorzystywana technologia PSE36 umożliwia zastosowanie 36 - bitowego trybu adresowania, co pozwala teoretycznie na obsługę pamięci nawet do 64 GB. Układ posiada także szereg dodatkowych funkcji takich jak: zapisywalna pamięć ROM - umożliwiająca przechowywanie informacji o działaniu procesora lub indywidualnych danych wpisanych do procesora np. przez sprzedawcę; kontrola temperatury czy też wsparcie dla technologii I2C. Xeon jest w pewnym sensie rozszerzoną wersją procesora Pentium II, od którego producent przejął nazewnictwo określając według niego kolejne jednostki tego typu. Dotychczas ukazały się: Intel Pentium II Xeon (czerwiec 1998) Systemy z tym procesorem można przystosować do indywidualnych potrzeb, wyposażając je w 4, 8 lub więcej procesorów. Jednostka ma 32 kB pamięci L1 Cache i od 512 do 2048 KB pamięci L2. Zależnie od rodzaju może pracować z szybkością od 400 do 550 MHz. Intel Pentium III Xeon (sierpień 1999) Ta wersja Xeona cechuje się podobnymi cechami jak jego poprzednik, z tym, że osiąga już prędkość nawet do 733 MHz

Intel Pentium III

Pentium III (Katmai) jest bezpośrednim następcą Pentium II. Obecnie produkowany jest w technologii 0,25 mikrona i zasilany napięciem 2 V. Wykorzystuje nową wersję obudowy SECC2 (Single Edge Contact Cartridge) dla złącza Slot 1 (FSB 100 MHz).
Standardowe wersje Pentium III wyposażono w 512 KB cacheu L2. Organizacja pamięci podręcznej (32 KB) L1 nie uległa zmianie i nadal jest podzielona na dwa obszary po 16 KB dla danych i instrukcji. Nowością w stosunku do architektury Pentium II (Deschutes), oprócz wzrostu wydajności jądra, jest dodanie 96 bitowego unikalnego numeru seryjnego procesora ta kontrowersyjna właściwość umożliwia m.in. identyfikację komputera (procesora) w sieci Internet! Drugą rewolucyjną zmianą jest wprowadzenie zestawu 70 instrukcji SSE (Streaming SIMD Extension), znanych wcześniej jako KNI (Katmai New Instructions). To właśnie dzięki nim możliwości procesorów Pentium III wzrosły bardziej, niż wynikałoby to z kosmetyki architektury i wzrostu częstotliwości zegara. Jednostka SSE to osiem dodatkowych 128 bitowych rejestrów obsługiwanych przez dedykowany moduł artymetryczny, realizujący do czterech operacji zmiennoprzecinkowych w jednym cyklu zegara. Zestaw nowych rozkazów ma na celu usprawnienie przetwarzania grafiki trójwymiarowej (50 instrukcji SIMD FP), odtwarzania plików wideo, audio i wyświetlania grafiki 2D (12 instrukcji MMX) oraz poprawienie przepływu danych pomiędzy CPU i pamięcią (8 instrukcji Cache Control).

Intel Pentium 4

Pentium 4 (nazwa kodowa Willamette, Northwood) to opracowany przez firmę Intel, 32 bitowy procesor siódmej generacji stanowiący kontynuacje rodziny układów Pentium. Pojawił się na rynku na przełomie roku 2000 i 2001. Jednostka w odróżnieniu od swego poprzednika - Pentium III, posiada szereg innowacji technologicznych, z których najbardziej spektakularne polega na wydłużeniu potoków wykonawczych, przy jednoczesnym zmniejszeniu liczby tranzystorów potrzebnych do realizowania poszczególnych etapów obliczeń. Dzięki temu możliwe było zwiększenie częstotliwości zegara zachowując jednocześnie tę samą technologię wytwarzania. Inne przełomowe rozwiązania konstrukcyjne to mechanizm podwójnego wspomagania jednostki stałoprzecinkowej (Double Pumped Integer ALU) umożliwiający taktowanie procesora z podwójną prędkością (np. z 1,5 GHz do 3 GHz) czy rozszerzone o dodatkowe 144 rozkazy instrukcje SIMD (SSE2), dzięki którym wzbogacono możliwości procesora np. w zakresie kompresji/dekompresji obrazu w czasie rzeczywistym lub szyfrowania danych. Willamette korzysta ponadto z magistrali systemowej o częstotliwości aż 533 MHz, dzięki czemu osiąga maksymalną przepustowość nawet do 3,2 GB/s. Procesor wytwarzany jest w technologii 0,18 lub 0,13 mikrometra (zależnie od wersji) i posiada zintegrowaną z jądrem procesora pamięć podręczną L1 i L2. Jednostka umieszczona została w nowym typie obudowy wymagającym również odpowiedniej podstawki (Socket 423). Produkowane przez firmę wersje taktowane są zegarami: 1,3 do 3,06GHz.

Intel Celeron

W konstrukcji pierwszych CPU wykorzystano gotowe projekty Deschutes. Pierwsze Celerony (Convington) wewnętrzną architekturą niemal niczym nie różniły się od dwuwoltowej wersji Pentium II (technologia 0,25 mikrona). Ze względu na przyjętą strategię rynkową układy te pozbawiono pamięci podręcznej L2 oraz możliwości pracy w systemach wieloprocesorowych (dostępne są jednak wyposażone w odpowiednią “elektronikę” przejściówki i płyty główne umożliwiające korzystanie z Celeronów w konfiguracjach dwuprocesorowych). Wyrzucenie pamięci cache L2 okazało się chybionym posunięciem wydajność całego systemu odczuwalnie spadła. Celerony drugiej generacji (modele 300A oraz od 333 MHz w górę), znane pod kodową nazwą Mendocino, wyposażono zatem w 128 KB cacheu L2, zintegrowanego ze strukturą procesora oraz pracującą z pełną częstotliwością zegara. Wyeliminowano w ten sposób cykle oczekiwania potrzebne procesorom Pentium II na pobranie danych z pamięci L2. Dzięki temu Celeron, mimo czterokrotnie mniejszego niż w Pentium II cacheu i współpracy z magistralą 66, a nie 100 MHz, niemal dorównuje wydajnością znacznie droższemu Pentium II z porównywalnym zegarem. Wydajność w popularnych biurowo domowych zastosowaniach niejednokrotnie przewyższa pełne modele Pentium II. Pod względem architektury Celerony typu Mendocino są już całkowicie zgodne z procesorami Pentium II z jądrem Deschutes.

Rozdział III

CHŁODZENIE

Aby procesor pracował bez żadnych zastrzeżeń, należy zapewnić mu odpowiednie warunki pracy. Głównym atrybutem do uzyskania największych osiągów pracy procesora z pecetem, jest zapewnienie mu odpowiedniego chłodzenia. Jak wiadomo, jeśli procesor zbytnio się przegrzeje, w końcu będziemy zmuszeni do oddania go w ręce serwisantów i jeśli mamy szczęście, to nie będziemy musieli zapłacić dużo za jego naprawę. Jeśli zaś będziemy mieć pecha, będziemy musieć wymienić procesor na nowy… Dobrym rozwiązaniem aby uniknąć przegrzania się naszego procesora jest zakup watercoolera. Zaletami tego urządzenia są:

-    olbrzymia wydajność,

-    bardzo łatwy montaż (max 5 min.),

-    cicha praca,

-    bardzo niska cena w stosunku do możliwości,

-    niska temperatura wewnątrz komputera (do 30° - większe możliwości overclockingu

karty graficznej, pamięci itd.)

Obecnie procesory komputerowe chłodzone są za pomocą przytwierdzonego do nich radiatora i znajdującego się na nim wiatraka, który odprowadza ciepło za pomocą ruchu powietrza.
   To jednak rozwiązanie nie jest efektywne - potrzebny jest szybki ruch powietrza, które jak wiadomo hałasuje. Ma ono zresztą stosunkowo małą gęstość, stąd jedynie jego spory przeływ (duża konsumpcja energii) może gwarantować stosunkowo dobre odprowadzenie ciepła.
    Wiele firm od pewnego czasu zaczęła się więc rozglądać nad innym sposobem rozwiązania tego problemu. Firma Apple w najnowszym komputerze G5 Power Mac zastosowała do chłodzenia wodę.
     Produkt firmy NanoCoolers jest jednak znacznie bardziej skuteczny od innych tego typu systemów. Odprowadza ciepło dzięki wykorzystaniu płynnego metalu galium przez serię zamkniętych rurek. Temperatura jest oddawana otoczeniu przez specjalny wiatrak.
     W przeciwieństwie do wody, metal ten wrze w temperaturze 2 tysięcy stopni Celsjusza, co sprawia, że może przenosić znacznie więcej energii niż najpopularniejsza znana ciecz. Może być także pompowany bez użycia urządzeń hydraulicznych, przez wykorzystanie pomp elektromagnetycznych.
     To jednak nie koniec postępu w tej dziedzinie. Naukowcy z Uniwersytetu Purdue w stanie Indiana (USA) opracowywują technologię "mikrowiatraków", które przez specjalne nanorurki jonizujące powietrze miałyby naprowadzać precyzyjnie jego cząstki na źródło ciepła.

ROZDZIAŁ IV

BUDOWA PROCESORA

Procesor (ang. processor) - urządzenie cyfrowe sekwencyjne potrafiące pobierać dane z pamięci, interpretować je i wykonywać jako rozkazy. Wykonuje on bardzo szybko ciąg prostych operacji (rozkazów) wybranych ze zbioru operacji podstawowych określonych zazwyczaj przez producenta procesora jako lista rozkazów procesora.

Procesor składa się z:

zespołu rejestrów do przechowywania danych i wyników, rejestry mogą być ogólnego przeznaczenia, lub mają specjalne przeznaczenie

jednostki arytmetycznej (arytmometr) do wykonywania operacji na danych

układu sterującego przebiegiem wykonywania programu

Jedną z podstawowych cech procesora jest długość (liczba bitów) słowa, na którym wykonywane są podstawowe operacje obliczeniowe. Jeśli słowo ma np. 32 bity, mówimy że procesor jest 32-bitowy. Innym ważnym parametrem określającym procesor jest szybkość z jaką wykonuje on program. Szybkość ta w znaczym stopniu zależy od czasu trwania pojedynczego taktu procesora, jest on odwrotnością częstotliwości procesora. Do typowych rozkazów wykonywanych przez procesor należą:

1. Kopiowanie danych

- z pamięci do rejestru

- z rejestru do pamięci

- z pamięci do pamięci (niektóre procesory)

2. Podział ze względu na sposób adresowania danych

- działania arytmetyczne

- dodawanie

- odejmowanie

- porównywanie dwóch liczb

- dodawanie i odejmowanie jedności

- zmiana znaku liczby

- działania na bitach

- iloczyn logiczny - AND

- suma logiczna - OR

- suma modulo 2 (różnica symetryczna) - XOR

- negacja - NOT

- przesunięcie bitów w lewo lub prawo

3. Skoki

- bezwarunkowe

- warunkowe

ZAKOŃCZENIE

Jak widać, każdy procesor ma swoje indywidualne oblicze, począwszy od tych najwolniejszych i zakończywszy na najszybszych. Niewiele już osób posiada w domu lub w pracy komputer z procesorem… 350 Mhz, ponieważ to już model „muzealny”. Większość ludzi kupuje komputery hurtowo, ponieważ niemalże wszystkie firmy są firmami skomputeryzowanymi i właśnie w komputerach są przechowywane najważniejsze informacje dotyczące firmy, dochodów, rozchodów itd… Jak już wcześniej wspomniałem procesory o zegarze 350 Mhz to już prawie że zabytek który powinien zdobić półki w muzeach. Teraz popularne są komputery z procesorami o częstotliwości od 1,8 - 3,06 Ghz. Jeszcze dwa lata temu nikt nie słyszał a nawet nie myślał o tym, że procesor z zegarem 3,06 pojawi się na rynku a teraz jest to norma na sklepowych półkach. Technika idzie na przód i nie każdy za nią nadąża, wiadomo jednak, że jeśli chodzi o informatykę na samych procesorach się jeszcze nie kończy i nigdy nie wiadomo co jeszcze uczeni wymyślą aby nam, zwykłym szarym ludziom dogodzic…

---