Курсовая работа (т): Мікропроцесори Intel

Перше покоління процесорів, що мало кодове ім'я Merced, було випущене в 2001 році. Ринкова доля Merced виявилася менш успішною, ніж передбачалася. Основними причинами цього були проблеми з продуктивністю і мала кількість оптимізованого програмного забезпечення. Не зважаючи на те, що процесор міг виконувати інструкції x86, продуктивність такого рішення була значно нижча порівняно з x86-системами від Intel і AMD. Додатковим важливим чинником став колапс ринку доткомів і відповідне йому падіння продажів серверів.

Надалі Intel і HP продовжили розробку архітектури, результатом чого стала поява в 2003 році мікропроцесорів другого покоління Madison і в 2006 значно допрацьованого двохядерного McKinley. Починаючи з McKinley процесори Itanium стали показувати конкурентоспроможну продуктивність і тепловиділення. З проникненням на ринок поступово покращувалась підтримка архітектури і ПЗ для неї, що відбилося у значному зростанні продажів починаючи з 2004-2005 років.

Перший двохядерний Itanium (кодове ім'я Montecito) був випущений фірмою Intel у липні 2006 року. Intel та її партнери обіцяють збільшення продуктивності процесора в 2 рази, в той же час зниження енергоспоживання приблизно на 20% у порівнянні з одноядерним попередником. Судячи з перших опублікованих тестах продуктивності схоже, що в основному ці заяви підтверджуються. Офіційний план випуску процесорів Intel включає двоядерні процесори наступного покоління, проведені по 65-нм технологічному процесу (Montecito проведений за 90-нм технологією) і два майбутніх чотириядерних процесора. Варто відзначити, що один або більше з цих процесорів будуть проведені з використанням 45-нм технологічного процесу.

Itanium був спеціально розроблений для високої ефективності паралельних обчислень, для досягнення високої продуктивності без збільшення частот. Ключові переваги архітектури Itanium: Виконання 6 інструкцій за 1 цикл. Збільшені обчислювальні ресурси ядра: 256 регістрів (128 цілочисельних, 128 плаваючої арифметики) і 64 предикативні регістри. Великий кеш: 24 МБ у двоядерної версії (по 12 МБ на ядро), що надає дані кожному ядру з швидкістю до 48 ГБ/с. Великий адресний простір: 50-бітова адресація фізичної пам'яті / 64-бітова адресація віртуальної пам'яті. Маленьке, енергоефективне ядро: оскільки функції розпаралелювання передали від Itanium до компілятора, в ядрі зменшили кількість транзисторів.

Технічні проблеми. Перша версія процесора під кодовим ім'ям Merced (названий на честь міста поблизу Сан-Хосе, США) поступила в продаж в червні 2001 року. Проведений по 180 нм технології з площею кристала в 25мм², напругою на ядрі 2 В і тепловиділенням в 150 Вт, він працював на частотах 733 Мгц і 800 Мгц і частотою системної шини 266 Мгц, кеш-пам'яттю 3-го рівня розміром в 2 МБ або в 4 МБ. Підтримувалися SIMD (англ. Single Instruction Multiple Data) інструкції MMX і SSE. Розрахований на установку в Slot M і пам'яті SDRAM (РС 100). Коштували чипи від $1200 до більш ніж $4000.

У режимі IA-64, це був найшвидший процесор для обчислень з плаваючою комою, що є на ринку. У той же час в цілочисельних обчисленнях він лише трохи перевершував процесори рівної частоти з системою команд x86. При виконанні ж неоптимізованого під Itanium програмного коду для x86, його продуктивність була в 8 разів менше, ніж у x86 процесорів на тій же частоті. Програмна емуляція системи команд x86 працює швидше, що демонструє Itanium 2, який показує продуктивність неоптимізованого під Itanium програмний коду, порівнянну з x86 процесорами на тій же частоті.

Головним структурним недоліком перших версій Itanium були великі затримки (латентність) кеш-пам'яті 3-го рівня. Інженери Intel ймовірно сподівалися, що велика пропускна спроможність шини нового процесора компенсуватиме цей недолік, але затримки були настільки великі, що це дійсно уповільнювало роботу кеша аж до рівня, коли він був небагато чим швидше за ОЗУ. Через відносно невеликой розмір кеша 1-го і 2-го рівнів (32 КБ і 96 КБ відповідно) це могло привести до підвищеного навантаження на системну шину.

Спочатку процесор планували випустити в 1998-1999 роках. Але тривалі затримки проекту і конкуренція, що посилилася, з боку AMD на ринку x86 процесорів привели до того, що Itanium застарів ще до його надходження в продаж. Таким чином, Itanium був неконкурентноспособним вже після випуску в 2001 році, хоча цього могло б не трапитися якби він був випущений двома роками раніше, як і планувалося.iAPX 432 Micromainframe - перший 32-бітний мікропроцесор (точніше сімейство мікропроцесорів) компанії Intel, анонсований в 1981 році (розробка розпочата в 1975 році. iAPX 432 мав бути основним з процесорів Intel в 1980-х, апаратно реалізуючи такі функції, як багатозадачність і керування пам'яттю.

Відноситься до сімейства стекових VLSI-процесорів. Кожна команда може містити кілька команд і стекових операндів. Тобто виконання однієї команди може призводити до вирішення цілої формули і т.п.

Система команд мікропроцесора підтримувала роботу зі складними структурами даних, що давало можливість скоротити обсяг програмного коду операційної системи (у порівнянні з обсягом коду для процесорів з іншою системою команд). Однак, розробка була надзвичайно складною в порівнянні з основним напрямком процесорів, настільки складною, що інженери Intel були нездатні перенести її на ефективну реалізацію, використовуючи напівпровідникові технології того часу. В результаті, мікропроцесор вийшов дуже повільним і дорогим, тому плани Intel про заміну архітектури x86 на iAPX 432 так і не здійснилися.

Система на основі iAPX 432 складалася з одного або декількох модулів GDP, реалізованих у вигляді двох кристалів (43201 і 43202) в 64-пінових корпусах (у сумі близько 160 тисяч транзисторів), одного або декількох модулів IP (43203 ) в 64-піновим корпусі (всього в сумі до 64 GDP і IP) і периферійних процесорів, майже завжди i8086. Абревіатура iAPX, що є префіксом до номера моделі, означає intel Advanced Processor architecture.(також відомий як 80860 і під кодовою назвою N10) - RISC-мікропроцесор компанії Intel, вперше випущений в 1989 році. Разом з i960 є однією з перших спроб зробити повністю нову систему команд після провалу iAPX 432 в 1980-х роках.був випущений настільки урочисто, що затьмарив випуск i960, який багато хто вважав більш вдалою розробкою. Цей процесор так і не домігся комерційного успіху, і проект був закритий у середині 1990-х. Використовувався в графічних підсистемах - таких, як плата розширення NeXT Dimension для комп'ютерів NeXT Cube, а також в комп'ютерах з масово-паралельною архітектурою Intel iPSC/860. Через відсутність комерційного успіху більше не виробляється.

Мікропроцесор i860 поєднав ряд технічних характеристик, які були унікальні для того часу, особливо архітектура VLIW і потужна підтримка високошвидкісних операцій з плаваючою комою. Процесор мав 32-бітний ALU (арифметико-логічний пристрій) разом з 64-бітним математичним співпроцесором, який був побудований на трьох частинах: суматор, помножувач і графічний процесор. Система мала окремі конвеєри для АЛП, суматора і помножувача, і могла передавати до трьох інструкцій за такт.

Процесор мав одну досить незвичайну особливість - конвеєри як функціональні одиниці були доступні програмно, що вимагало від компіляторів обережності у створенні порядку інструкцій у об'єктних модулях для забезпечення постійного заповнення конвеєрів. Це дозволяє досягти деяких цілей RISC-архітектури, де щось на кшталт "компілятора мікрокока "на льоту" було прибрано з ядра процесора і поміщено в компілятор.

Це дозволило створити більш просте ядро і звільнити місце для інших цілей, але призвело до більшого обсягу коду, негативному впливу на результативне звернення в кеш, пропускну здатність пам'яті і загальну вартість системи. В результаті, i860 був здатний виконувати певні графічні алгоритми та алгоритми з плаваючою комою на виключно високій швидкості, але його продуктивність в загальних додатках "кульгала", а програмувати ефективно було вельми складно.

i960 (або i80960) - RISC-процесор Intel, популярний в 1990-х роках. Застосовувався у вбудованих системах і мікроконтролерах. В кінці 1990-х випуск Intel i960 був припинений через угоди з DEC, за якими Intel отримала право виробляти StrongARM CPU. В даний час використовується в деяких військових додатках.

Проектування i960 було розпочато у зв'язку з провалом проекту iAPX 432 на початку 1980-х років. Особливістю iAPX 432 була підтримка на апаратному рівні мов, що підтримують розмітку, захист пам'яті і збір сміття - таких, як Ада і Лісп. Але, через низку проблем (складність навчання програмуванню, гібридні компоненти реалізації та ін), iAPX 432 володів порівняно низькою продуктивністю. У 1982 році Intel і Siemens створили спільну компанію BiiN (Billions Invested In Nothing), одним із завдань якої була розробка відмовостійкої об'єктно-орієнтованої системи з апаратною підтримкою мови Ада. До цього проекту долучилися багато учасників команди i432. В якості керівника проекту був запрошений Гленфорд Майерс, який раніше працював в IBM.

Перші робочі чипи нового процесора з'явилися наприкінці 1985 року. Унаслідок внутрішньої конкуренції з 80386 і з i860 (ще одного RISC-процесора Intel), i960 не став процесором загального призначення, але зате знайшов застосування в сфері високопродуктивних 32-бітних вбудованих систем.

Процесор використовувався в відмовостійких бортових ЕОМ винищувачів F-22, де застосовано 2 ЕОМ по 66 модулів кожна, основою яких є процесор i960. Їх планувалося замінити в F-22, вироблених після 2004-2005 років.

Щоб уникнути проблем з продуктивністю, з якими зіткнувся i432, в i960 була використана архітектура RISC (у повному обсязі - тільки в i960MX), а підсистема пам'яті стала 33-бітною - 32-бітові слова і один біт, який вказує на "захищеність" пам'яті. Була обрана оригінальна Berkeley RISC-архітектура, особливо в частині використання технології реєстрових вікон ("register windows"), яка забезпечує більш швидкий виклик процедур. Конкуруюча архітектура Стенфордського університету, реалізована в MIPS, не використовує цю систему, покладаючись у цьому питанні на компілятор. Як і в більшості 32-бітних архітектур, на відміну від 80386, i960 має 32-бітну "плоску" пам'ять без сегментації. Для архітектури i960 також передбачалася суперскалярна реалізація виконання команд.

- мікропроцесорне ядро, реалізація Marvell (раніше - Intel) п'ятого покоління ARM-архітектури, і складається з кількох сімейств: IXP, IXC, IOP, PXA та CE. Сімейство PXA було продане Marvell Technology Group в червні 2006.

Архітектура XScale базується на ARMv5TE ISA без операцій з плаваючою крапкою. XScale має RISC-архітектуру з 7-стадійним суперконвеєром цілих чисел та 8-стадійним суперконвеєром даних. Він є нащадком Intelівської лінії мікропроцесорів StrongARM, який Intel придбав в підрозділу DEC Digital Semiconductor як побічний наслідок судової суперечки між компаніями. Intel використав StrongARM, щоб замістити свої застарілі RISC-процесори, i860 та i960.

Всі покоління XScale є 32-бітними процесорами ARMv5TE, виробленими за технологією 0.18-мікрон та має кеш 32кб даних і 32к на інструкції (в інших процесорах це може зватися 64кб кеш першого рівня). Чипи також мають 2кб міні-кеш даних. Ядро XScale використовує низку мікроконтролерів, що виробляють Intel та Marvell, серед яких: Процесори застосувань (з префіксом PXA). таких є чотири: PXA210/PXA25x, PXA26x, PXA27x та PXA3xx. Процесори вводу-виводу (з префіксом IOP). Мережеві процесори (з префіксом IXP). Контрольні процесори (з префіксом IXC). Процесори для споживчої електроніки (з префіксом CE).

Мікропроцесори XScale використовують в популярних кишенькових комп'ютерах: сімейство Dell Axim Pocket PC, більшість ліній Zire, Treo та Tungsten від Palm, пізні версії Sharp Zaurus, серії Motorola A780, Acer n50, Compaq iPaq 3900 і багато інших PDA. він також використовується як основний процесор в настільній системі Iyonix під управлінням RISC OS, та NSLU2 (Slug) під Linux. XScale також використовується в таких приладдях, як портативні відео-плеєри чи портативні медіа-центри, включаючи Creative Zen Portable Media Player, а також індустріальних вбудованих системах. Відповідно до джерел, Apple в рамках стратегічного партнерства з Intel використовуватиме процесори XScale в моделях iPod та iPhone.

З іншого боку ринку, процесори зберігання даних IOP33x використовуються в деяких платформах серверів на Xeon.

. Сучасні процесори Intel

Dual-Core - сімейство бюджетних двоядерних процесорів Intel, призначених для недорогих домашніх систем і заснованих на мікроархітектурі Intel Core.

Процесори випускаються з тактовою частотою від 1,6 до 3,33 ГГц (E6800). Всі модифікації серії E2xxx мають однакову частоту шини 800 Мгц і 1 Мб кеша 2 рівня. Обсяг кеша другого рівня моделей E5200, Е5300 і E5400 становить 2 Мб і частоту системної шини 800 Мгц. Об'єм L2 кеша моделей E6300 і E6500,, E6700, E6800 становить 2 Мб, частота системної шини - 1066 МГц. Процесори, як і їх "старші брати" Core 2 Duo, виготовляються в уже традиційній компоновці FC-LGA (рознім LGA775). Можуть бути встановлені на всі материнські плати, що підтримують процесори на ядрі Conroe (чипсети Intel 945, 965, P35, P45 і аналогічні їм).

Процесори серії E2xxx ґрунтуються на ядрі Allendale, абсолютно ідентичному оригінальному Conroe, але що має урізаний обсяг кеш-пам'яті 2-го рівня і частоту системної шини, понижену з 1066 до 800 Мгц, і використовуваному в молодшому сімействі Core 2 Duo, виробляються за 65-нанометрової технологією, при цьому, на відміну від базової версії їх кеш-пам'ять другого рівня понижена з 2 до 1 Мб (як правило, це - наслідок браку в певній кількості транзисторів, що є частим явищем у виробництві мікроелектроніки). Моделі E5ххх ґрунтуються на ядрі Wolfdale (технологія 45нм) і мають 2 Мб кеш. Як і у всіх процесорах Intel Core 2, кеш L2 є загальним для обох ядер, на відміну від процесорів Athlon 64 X2, в яких кожне ядро має окремий незалежний кеш.Core2 восьми випущене корпорацією Intel покоління мікропроцесорів архітектури x86,засноване на абсолютно новій процесорній архітектурі. Це нащадок мікроархітектури NetBurst, на якій побудована більшість мікропроцесорів Intel починаючи з 2000 року. Починаючи з Core 2 Intel відмовляється від бренду Pentium, який використовувався з 1993 року. Крім того, тепер возз'єдналися мобільні і настільні серії продуктів (що розділилися на Pentium Mі Pentium 4 в 2003 році.

Перші процесори Core 2 офіційно представлені 27 липня 2006 року. Також як і їхні попередники, процесори Intel Core, вони діляться на моделі Solo (одноядерні), Duo (двоядерні), Quad (чотириядерні) і Extreme (дво- або чотири-ядерні з високою швидкістю і розблокованим множником). Процесори отримали такі кодові назви: "Conroe" (для домашніх систем), "Merom" (для портативних ПК), "Kentsfield" (чотири-ядерний Conroe) і "Penryn" (Merom, виконаний по 45 нанометровому процесу). Хоча процесори "Woodcrest" також засновані на архітектурі Core, вони випускаються під маркою Xeon. З грудня 2006 року всі процесори Core 2 Duo виробляються з 300 міліметрових пластин на заводі Fab 12 в Арізоні, США і на заводі Fab 24-2 в County Kildare, Ірландія.

На відміну від процесорів архітектури NetBurst (Pentium 4 і Pentium D), в архітектурі Core 2 ставка робиться не на підвищення тактової частоти, а на поліпшення інших параметрів процесорів, таких як кеш, ефективність і кількість ядер. Розсіювана потужність цих процесорів значно нижча, ніж у настільної лінійки Pentium. З параметром TDP, рівним 65 Вт, процесор Core 2 має найменшу розсіювану потужність серед всіх доступних у продажу настільних чипів, зокрема на ядрах Prescott (у системі кодових імен Intel) з TDP, рівним 130 Вт, і на ядрах San Diego (у системі кодових імен AMD) з TDP, рівним 89 Вт.

Особливостями процесорів Intel Core 2 є EM64T (підтримка архітектури AMD64), технологія підтримки віртуальних x86 машин (en), NX-біт і набір інструкцій SSE3. Крім того, вперше реалізовані такі технології: LaGrande Technology, вдосконалена технологія SpeedStep і Active Management Technology (iAMT2).

Перші процесорні ядра Core 2 Duo з кодовими іменами Conroe і Allendale були представлені 27 липня 2006 року. Ці процесори створені з використанням 65-нм технологічного процесу і призначені для настільних систем, замінюючи лінійки Pentium 4 і Pentium D. Intel заявляє, що Conroe забезпечує на 40% більшу продуктивність при меншому на 40% енергоспоживанні в порівнянні з Pentium D. Всі Conroe процесори мають 4 Мб L2-кеша, однак, у процесорів E6300 і E6400 половина L2-кеша відключена, тому для використання їм доступно тільки 2 Мб.

Молодші моделі Conroe E6300 (1,86 ГГц) і E6400 (2,13 ГГц), традиційно мають урізаний кеш другого рівня (L2) і, найчастіше, є повноцінними процесорами, які не пройшли контроль якості для старших моделей.

Процесори Conroe відрізняються високим розгінним потенціалом - процесор E6300 здатний досягти тактової частоти в 3 ГГц при використанні гарної материнської плати, що підтримує високі частоти системної шини. Згідно з оглядами, різниця в продуктивності між 2 Мб і 4 Мб кеша другого рівня становить 0-9% в основних додатках, і 0-16% в іграх. Нерідко, користувачам вдається досягти продуктивності топових моделей сімейства. Однак, низький множник на молодших процесорах вимагає наявності материнської плати, що підтримує високі швидкості системної шини.

Високопродуктивні процесори Conroe отримали назви E6600 і E6700 Core 2 Duo, з тактовою частотою відповідно - 2,4 ГГц і 2,67 ГГц. Сімейство має частоту системної шини 1066 МГц, 4 MB загального L2-кеша, і 65-ватний TDP. Порівняння з топовими процесорами AMD показує, що процесори від Intel показують значно кращу продуктивність. Результати розгонів показують, що E6700 і E6600 стабільно працюють на частоті 4 ГГц з повітряним охолодженням і 6.1 Ггц при охолодженні рідким азотом, незважаючи на заблокований множник.