Материал: 4433

66

использовал утроение частоты. Процессоры DX4 от Intel работали на 75 МГц и 100 МГц. Для обеспечения работы процессора на такой частоте потребовалось уменьшить напряжение питания процессора до 3,3 В. Кстати, с таким напряжением питания выпускались и процессоры DX2, но фирмами "AMD" и "Cyrix". Кроме того, "AMD" выпускала процессоры DX4 с внутренней частотой 120 МГц. Вообще, процессоры DX4 от "Intel", "AMD" и "Cyrix" имели очень схожие параметры, но были и некоторые отличия: процессоры "Intel" имели больший (16 Кб) объём кэш-памяти с прямой записью, а процессоры "AMD" и "Cyrix" имели 8 Кб кэш-памяти, но поддерживали режим обратной записи. В процессорах стала широко применяться система управления энергопотребления.

Персональные компьютеры семейства Pentium

Развитие семейства персональных компьютеров Pentium можно проследить по таблице 3.3.

Таблица 3.3

Основные характеристики IBM PC на процессорах Pentium

67

IV. Развитие компьютерных технологий

4.1. Спецификации персонального компьютера

Под эгидой фирмы "Intel", играющей ведущую роль на рынке микропроцессоров, ежегодно проводится форум IDF (Intel Developers Forum), который определяет идеологию в мире по производству основных компонентов ПК и которых следует придерживаться в ближайший период (2 года). Так, наибольшую известность в последние годы получила спецификация PC System Design Guide (PC99). Согласно данному документу производится жесткое разделения ПК на классы. В частности, предусматривалось 5 классов ПК: Office PC (офисный), Consumer PC (массовый), Entertainment PC (развлекательный), Workstation РС (рабочая станция) и Mobile РС (ноутбук). Фирмы "Intel" всегда задавала ориентиры для разработчиков и производителей компьютерных систем различных классов — от настольных до мобильных ПК и рабочих станций. Документ утверждается раз в два года и предопределяет архитектурные тенденции вплоть до принятия следующей редакции документа. Интересно, что до сих пор в силе остаются многие рекомендации, изложенные в PC 99 System Design Guide. С развитием технологий и сфер применения ПК начали стираться грани между некоторыми классами (например, Consumer и Entertainment PC). Расширилась номенклатура периферийного оборудования и компонентов компьютера, а также мобильных ПК (портативных компьютеров), появились новые линейки компьютерной техники (коммуникаторы, планшетные ПК). Все это вызвало сложность многоуровневой классификации.

Для каждой категории определялась примерная конфигурация и задавались диапазоны производительности и другие технические характеристики. Однако намерения теоретиков-систематизаторов столкнулись с реалиями практиковпроизводителей, так как наращивалась производительность всех компонентов ПК, изобретались новые интерфейсы, порты ввода-вывода, так что PCстандарты стали умирать, едва родившись.

Следующая базовая спецификация компьютеров, получившая название PC2001 (См.таблицу 4.1), значительно изменила подход к этому вопросу. Так как же представляет "Intel" наше будущее? Теперь все, что не является Workstation (рабочей станцией) и Mobile (ноутбуком), подпадает под категорию PC System. И именно требования для PC System (образца PC 2001) применимы к машинам, которые в тексте PC 99 Design Guide классифицировались как Office

PC.

PC2001 содержит следующие требования. Проведем некоторые из них:

68

удалены замечания по поддержки уже устоявшихся стандартов, типа Plug&Play; отказ от устаревших технологий (например, разъем ISA, PS/2 порты); ликвидировать 1.2/1.44 Мбайт дисководы; никакой поддержки MS-DOS и др. Требование к основному графическому адаптеру: поддержка AGP 2X и выше. Поддержка USB в PC2001 системах должна присутствовать. И даже версии USB 2.0 - 480 Мбит/с. Как минимум один USB порт должен быть у ноутбуков. Обязательным требованием является поддержка DirectDraw и Direct3D. Требование к скорости дисководов CD-ROM - минимум 8X, требование к DVDROM дисководам читать все стандарты, такие как DVD-RAM, DVD+RW диски, и разнообразные форматы CD дисков. Модем, используемый в PC2001 системах, должен обладать поддержкой V.90, V.42, V.42bis и V.80. От внешнего модема требуется поддержка USB.

Что такое средний PC 2001 года, каким его видят Intel & Microsoft:

Таблица 4.1

Персональный компьютер спецификации PC 2001

Энергосбережение: минимум ACPI 1.0b

Поддержка в BIOS: загрузка с CD/DVD дисководов, с USB устройств и через сеть, уникальный идентификатор PC для удаленной загрузки через сеть. Такие требования выглядят вполне разумными для 2001 года, учитывая, что это минимум.

Что касается последующих спецификаций персональных компьютеров, то новой информации по 2003—04 годам в публикациях не встречается. Это можно объяснить большой номенклатурой различных компьютеров, выпускаемых как крупными корпорациями, так и фирмами, занимающимися сборочным производством.

4.2. Сверхоперативная память – кэш (cache)

Все полезные вычисления производятся в главной части микропроцессора в АЛУ (арифметико-логическое устройство). Поэтому главная задача производителей микропроцессоров состоит в том, чтобы данные и команды как

69

можно быстрее поступили в АЛУ, поскольку именно там происходят все вычислительные процессы.

Рассмотрим технологический процесс обработки. Вначале данные хранятся на бумаге. Их вводят посредством клавиатуры, мыши, сканера. Устройства ввода/(вывода) — самые медлительные. Довольно медленно работают и сети. Но эта проблема не технологическая, а финансовая. Быстрые каналы связи стоят очень дорого, поэтому многие используют модемы и домашние сети, которые никак не могут сравниться по скорости работы с оперативной памятью. Последнее время начали использоваться высокоскоростные порты типа USB 2.0 и FireWire, однако они передают данные на небольшие расстояния, ограниченные несколькими метрами.

Скорость передачи данных с жесткого диска также ограничена. На скорости считывания данных сказывается скорость вращения жесткого диска, плотность его записи и количество считывающих головок, интерфейс. Появление новых HDD с интерфейсом SATA и с частотой вращения 10000 оборотов в минуту не сильно изменило ситуацию. Параметры передачи данных улучшились не более чем на 50%.

Похожая ситуация сложилась и с оперативной памятью: при переходе от SDRAM к более быстрой DDR SDRAM каких-то значительных изменений в скорости работы не наблюдается. Не спасает положение и двухканальный режим работы DDR. Исследования показали, что новый стандарт DDR II тоже не даст ощутимого прироста скорости. При увеличении частоты работы памяти и уменьшении таймингов (количества тактов, которые требуются для доступа к ячейке) финансовые затраты намного более ощутимы, чем прирост производительности.

А теперь рассмотрим кэш. Его производительность должна расти вместе с процессором, поскольку теперь он располагается на кристалле и работает, как утверждают разработчики, на частоте микропроцессора (CPU). С другой стороны, логично предположить, чем больше памяти, тем она медленнее. Чем ближе к АЛУ, тем меньше должно быть памяти. За последнее десятилетие частоты процессоров возросли от считанных мегагерц до нескольких гигагерц. Частоты оперативной памяти с трудом достигают 200 МГц, если не учитывать всевозможные дуальные режимы (типа DDR II и Dual Channel DDR). А вот объемы памяти возросли. Винчестеры от нескольких десятков мегабайт увеличились в объеме до сотен гигабайт. От нескольких мегабайт до нескольких гигабайт прибавила в весе оперативная память. Кэш увеличился от нескольких

70

килобайт до нескольких мегабайт. То есть в индустрии памяти производители делают ставку совсем не на скорость работы памяти, а на ее объем.

Намного быстрее загрузить текст из Интернета, чем набирать на клавиатуре. Если программа находится в оперативной памяти, то она быстрее развернется и будет доступней, чем грузить ее с HDD. Если нужной программы нет в памяти, то операционная система довольно долго будет ее вылавливать, ища на винчестере. Кэш хранит часто используемые данные из оперативки, и, если нужной информации в кэш не оказалось, приходится обращаться в оперативку, а если ее нет и там, то к HDD. При этом скорость все меньше и меньше. Вот разработчики стремятся к тому, чтобы на каждом уровне иерархии памяти ее было больше. Чтобы загрузил один раз — и не нужно больше обращаться на нижний уровень по узким каналам. То есть вместо того чтобы стремиться увеличить скорости между ступенями, они стараются иметь больше памяти, которая и так уже быстрая. Больше винчестер, больше оперативки, больше кэш. А как же эффективность?

Кэш эффективен на небольших последовательных объемах данных. Если процессор обращается в кэш и не находит там нужной ячейки, то из оперативной памяти подгружается целая строка. То есть не только искомая ячейка, но и все, что были по соседству. За счет этого повышается вероятность того, что при следующем запросе нужные данные окажутся в кэш и не нужно тратить время на обращение к более медленной оперативной памяти. И действительно, если были запрошены первые три байта программы из памяти, то придется загрузить и следующие шестьсот. Однако кэш не спасает от работы с большими массивами данных (видео, звук, графика, архивы). Такие файлы просто не помещаются в кэш, поэтому все время приходится обращаться к оперативной памяти или даже к HDD. В таких случаях все преимущества исчезают.

Тяжело кэш-памяти приходится, если обращения идут не к последовательным адресам, а к случайным. Тут вероятность того, что нужных данных не окажется, повышается. И снова CPU приходится простаивать в ожидании загрузки нужной ячейки из оперативки. Итак, становится понятно, что увеличить быстродействие кэш и его объем недостаточно — нужно реформировать всю иерархию памяти ПК.

Кэш быстрее оперативной памяти, отчасти благодаря своему положению. Ведь линии связи, идущие по материнской плате, и разъем пагубно влияют на скорость. Кэш современного персонального компьютера расположен прямо на процессоре, благодаря чему удалось сократить линии связи и улучшить их