Модели процессоров

Центральный процессор

Как указывалось ранее, процессор является устройством, совмещающим выполнение арифметических и логических операций с управлением работой компьютера или его отдельных устройств. Процессор, выполняющий команды, хранящиеся в оперативной памяти и управляющий работой всего компьютера, называют центральным, или главным, процессором – CPU (Central Processing Unit). Следует отметить, что в современных компьютерах для увеличения быстродействия некоторые устройства, например, звуковая карта, могут иметь свои собственные специализированные процессоры. В дальнейшем под процессором понимается центральный процессор компьютера.

Центральные процессоры для IBM-совместимых настольных компьютеров выпускают фирмы Intel, AMD и VIA. Кроме этого, процессоры для персональных компьютеров выпускают и другие фирмы. Наиболее распространенными из этих процессоров являются процессоры UltraSPARC фирмы Sun и процессоры PowerPC совместного производства фирм Apple, IBM и Motorola. Процессоры с одинаковой или почти одинаковой архитектурой образуют семейства процессоров (под архитектурой процессора понимается его структура и состав компонент).

Первый процессор Intel – Intel 4004 (1971 г.) был 4-разрядным процессором с тактовой частотой 400-800 КГц (рис. 1.3.16а). Он содержал 2300 транзисторов и адресовал память до 640 байт. Этот процессор использовался в калькуляторах.

Процессор Intel 8080 (1974 г.) был уже 8-разрядным с тактовой частотой 2 МГц и содержал 6000 транзисторов (рис. 1.3.16б). Он мог адресовать до 64 Кбайт памяти, имел 8-разрядную шину данных, и использовался в первом персональном компьютере «Altair-8800».

Процессоры семейства Intel 8086 – Intel 8086 (1976 г.) (рис. 1.3.16в) и Intel 8088 (1979 г.) (рис. 1.3.16г) были первыми 16-разрядными процессорами. Они содержали 29000 транзисторов, могли адресовать до 1 Мбайта памяти и имели тактовую частоту от 5 до 10 МГц. Процессор Intel 8088 был использован в первом персональном компьютере фирмы IBM – IBM PC.

Процессор Intel 80286 (1982 г.) (рис. 1.3.16д) использовался в компьютерах IBM PC AT. Он также был 16-разрядным, но содержал уже 134000 транзисторов, 16-разрядую шину данных, мог адресовать до 64 Мбайта памяти, а его тактовая частота была повышена до 12 МГц.

Первым 32-разрядным процессором был процессор Intel 80386 (1985 г.) (рис. 1.3.16е). Количество транзисторов в нем составило 275000, и он мог адресовать до 4 Гбайт памяти. Его тактовая частота менялась от 16 (в первой модели) до 33 МГц (в последней модели). Шина данных у этого процессора также стала 32-разрядной. Начиная с этого процессора, основным производителем IBM-совместимых компьютеров стали другие фирмы, а фирма IBM потеряла свое лидирующее положение в производстве ПК.

Дальнейшим развитием Intel 80386 стал процессор Intel 80486DX (1989 г.) (рис. 1.3.16ж). Процессор содержал 1,2 млн. транзисторов и его тактовая частота в последней модели семейства (Intel 80486DX4) была повышена до 100 МГц.

Новым этапом в проектировании и производстве процессоров стал 32-разрядный процессор Pentium (1993 г.) (рис. 1.3.16и), который содержал 3,1 млн. транзисторов, а тактовая частота составляла 60 МГц (в первой модели). В процессорах семейства Pentium используется 64-разрядная шина данных, а размер адресуемой памяти увеличился до 64 Гбайт.

 

Рис. 1.3.16. Процессоры фирмы Intel: а) Intel 4004; б) Intel 8080; в) Intel 8086;

г) Intel 8088; д) Intel 80286; е) Intel 80386; ж) Intel 80486; и) Intel Pentium

 

В настоящее время производятся следующие 32-разрядные процессоры фирмы Intel:

· процессоры семейства Pentium: семейство Intel Pentium 4 (четвертая модификации Pentium), семейство процессоров Intel Pentium D и семейство процессоров Intel Pentium Core – многоядерные процессоры, т.е. процессоры, содержащие несколько процессоров (рис. 1.3.17а);

· семейство процессоров Intel Core 2 – многоядерные процессоры, являющиеся развитием семейства Pentium Core и постепенно заменяющие процессоры этого семейства (рис. 1.3.17б);

· процессоры семейства Intel Celeron, представляющие собой упрощенный и, следовательно, более дешевый вариант процессоров Pentium (рис. 1.3.17в);

· процессор Intel Pentium M с пониженным потреблением энергии и специально предназначенный для портативных компьютеров (рис. 1.3.17г);

· процессор Intel Atom для мобильных устройств (рис. 1.3.17д).

 

 

Рис. 1.3.17. Процессоры Intel: а) процессор семейства Pentium;

б) процессор семейства Core 2; в) процессор семейства Celeron;

г) процессор семейства Pentium M; г) процессор семейства Atom

 

Фирма Intel производит также специализированные процессоры для серверов. Первый такой процессор – 32-разрядный Pentium 2 Xeon появился в 1998 г. В настоящее время выпускаются 64-разрядные процессоры семейства Xeon (рис. 1.3.18а).

Первый 64-разрядный процессор фирмы Intel – Itanium появился в 2001 г, а вскоре появилась и новая модель этого процессора – Itanium 2. Однако в начале 2008 г. логотип этого процессора заменен на новый логотип – Itanium (без цифры 2). Одна из моделей семейства Itanium приведена на рис. 1.3.18б.

 

Рис. 1.3.18. Процессоры Intel для серверов: а) процессор Xeon; б) процессор Itanium

 

Процессоры AMD (Advanced Micro Devices – улучшенные микро-устройства) являются более простыми и более дешевыми аналогами (клонами) процессоров фирмы Intel. Так, 32(64)-разрядные двух- и четырехядерные процессоры AMD Phenom для настольных компьютеров (рис. 1.3.19а) являются аналогами Intel Core 2, а 64-разрядные двух- и четырехядерные процессоры AMD Opteron для серверов (рис. 1.3.19б) являются аналогами Itanium (рис. 1.3.19б).

32-разрядные процессоры, выпускаемые корпорацией VIA Technologies, с использованием 0,13-микронной технологии отличаются малыми размерами и низким энергопотреблением.

64-разрядный процессор VIA Nano (наследник процессоров фирмы Cyrix, когда-то конкурента фирмы Intel) с тактовой частотой до 1,8 ГГц (рис. 1.3.19в) предназначен для использования в небольших настольных и портативных компьютерах с повышенными требованиями к защите обработки данных.

Процессор VIA Eden-N является самым маленьким по размерам (15´15мм) клоном процессора Intel (рис. 1.3.19г). Он имеет тактовую частоту до 2 ГГц и предназначен для материнской платы VIA Pico-ITX с форм-фактором 10´7,2 см, которую можно использовать в портативных компьютерах.

Семейство процессоров UltraSPARC, самым мощным из которых является восьмиядерный процессор UltraSPARC T2 с тактовой частотой до 1,4 ГГц, используется только в компьютерах, производимых фирмой Sun (рис. 1.3.19д).

Семейство процессоров PowerPC, самым мощным из которых является четырех-, восьми- или шестнадцатиядерный процессор Power6 с тактовой частотой до 4,7 ГГц, используется в компьютерах серии Macintosh фирмы Apple, а также в компьютерах фирмы IBM (рис. 1.3.19е).

 

Рис. 1.3.19. Процессоры – клоны Intel: а) процессор AMD Phenom;

б) процессор AMD Opteron; в) процессор VIA Nano;

г) процессор VIA Eden-N; д) процессор UltraSPARC T2; е) процессор Power6