Кэш-память современных микропроцессоров фирм Intel и AMD

 Очень хороший самоучитель пользователя компьютером. Как самому устранить 90 процентов неисправностей в компьютере и увеличить его возможности

Kbyte L L1 (Level One) cache кэш-память первого уровня, находится в микропроцессоре L2 (Level Two) cache кэш-память второго уровня. В современных компьютерах ее нет, в «музейных экспонатах» она была расположена на материнской плате LAN (Local Area Network) локальная сеть language язык last последний, прошлый layer уровень; слой (в графике) LBA (Logical Block Addressing) логическая адресация блоков level уровень lifetime время жизни limited ограниченный line линия; канал связи list список load загружать load file загрузить файл load from загрузить из loader загрузчик, используется для загрузки операционных систем lock защита, блокировка, фиксированный logo логотип M MAC-address MAC-адрес аппаратный адрес устройства. MAC-адреса уникальны для каждого устройства. В мире нет двух сетевых устройств с одинаковыми MAC-адресами mail электронная почта mail server почтовый сервер maintenance техническое обслуживание map карта marked отмеченный matrix printer матричный принтер (печатает с помощью вертикальной матрицы игл) Mbps (Megabit per second) мегабит в секунду (Мбит/с; скорость передачи данных) medium носитель данных megabit мегабит; 1PМбит = 1024 Кбит memory память Random Access Memory (RAM) память с произвольным доступом, отечественное название ОЗУ основное запоминающее устройство microprocessor микропроцессор (сейчас все процессоры микро, поэтому обычно просто говорят процессор) missing отсутствовать missing file отсутствующий файл MMX (Multi Media Extension) технология (Intel), предназначенная для ускорения обработки мультимедиаданных modem модем модулятор/демодулятор

 Анализ структур, характеристик и архитектур 32-разрядных микропроцессоров

Они имеют более быстродействующую внутреннюю кэш-память 8 КВ с обратной записью и более быстрый встроенный сопроцессор. По некоторым операциям производительность выше, чем у процессоров фирмы I el, по некоторымнесколько ниже. Соответственно, существенно различаются и результаты на разных тестирующих программах. Цены на 486 процессоры Cyrix значительно ниже, чем на I el и AMD. Для самых простых систем фирмой exas I s rume s продолжается выпуск дешевых, но эффективных процессоров 486DLC, которые, занимая промежуточное положение между 386 и 486 семейством (они выполнены в конструктиве 386 процессора, обеспечивают производительность на уровне 486 процессора при цене 386. Новая версия - 486SXL с увеличенной до 8 КВ внутренней кэш-памятью еще ближе приближается к характеристикам 486 семейства. Микропроцессоры фирмы Мо orola серии МС680ХХ. Это семейство содержит ряд 16 -разрядных микропроцессоров, 32 -разрядные микропроцессоры : 68020, 68030, 68040. Модели микропроцессоров серии 680ХХ не совместимы по обьектным кодам с 8 -разрядными микропроцессорами серии МС68ХХ.

 Цифровой журнал «Компьютерра» № 40

Именно поэтому этот не самый современный по начинке ноутбук продолжает пользоваться небольшим, но стабильным спросом, а его цена почти не снижается. Устройство предоставлено для тестирования компанией diHouse. К оглавлению Процессоры, применяемые в ноутбуках Олег Нечай Опубликовано 26 октября 2010 года Рынок мобильных процессоров, предназначенных для использования в портативных компьютерах, делят американские компании AMD и Intel. При этом львиную долю рынка занимает продукция корпорации Intel, производственные возможности которой намного шире, чем у конкурирующей AMD. В ассортименте обеих компаний присутствуют модели всех ценовых категорий, включая ультрабюджетники, массовые чипы среднего класса и высокопроизводительные многоядерные процессоры для игровых ноутбуков и мобильных рабочих станций. Intel Мобильные чипы Intel новейших серий Core i3/5/7 построены на базе микроархитектуры Nehalem и конструктивно близки к десктопным моделям. Напомним, что ключевыми особенностями этой архитектуры являются размещение всех ядер на одном кристалле, интегрированный контроллер оперативной памяти DDR3, новые системные шины QPI или DMI, общая для всех ядер кэш-память третьего уровня, а также возможность встраивания графического ядра

 Виды и принципы работы кэш-памяти

В кэш-памяти хранится информация, копируемая из основной оперативной памяти. Каждый раз при обращении микропроцессора к памяти контроллер кэш-памяти проверяет наличие данных в кэше. Если эти данные в кэше есть (“попадание”), то микропроцессор получает данные из кэша. Если этих данных нет (“промах”), выполняется обычный цикл обращения к оперативной памяти DRAM. Основным фактором, определяющим вероятность попадания, является емкость кэш-памяти. Как правило, при объеме кэша в 2 Кбайта вероятность попадания составляет от 50 до 60%. Поскольку размер кэш-памяти на современных компьютерах превышает 256 Кбайт, то вероятность попадания будет выше 90% (для компьютеров с объемом памяти ~ 256 Мбайт.) Для реализации кэш-памяти в настоящее время разработаны эффективные однокристальные контроллеры. Наиболее широкое распространение получили контроллеры i82385 фирмы I el и A38152 фирмы Asus ec Microsys ems. Контроллер i82385 поддерживает 32 Кбайта кэш-памяти, и может работать в двух конфигурациях: кэш-память с прямым отображением; двухканальная модульно-ассоциативная кэш-память.

 Журнал «Компьютерра» 2006 № 30 (650) 22 августа 2006 года

Moxa CP-104EL/CP-118EL/CP-168EL Интерфейс: RS232 (у 118EL также RS422/485) Количество портов: 4/8/8 Скорость: 0,05-921,6 кбит/с Подключение: PCI Express x1 Защита ESD от скачков напряжения до 15 кВ Цена: $150/300/200 COM-порты и шина PCI-Express - можно ли представить себе более странное сочетание? Однако именно такие продукты (на 4 и 8 высокоскоростных портов RS232/422/485) от Moxa предлагает в России компания ИКОС. Рассчитаны эти низкопрофильные карты на подключение промышленного оборудования, до сих пор использующего «безнадежно устаревшие» стандарты. AMD Opteron Socket F Архитектура: K8 Разъем: Socket F (LGA 1207) Количество ядер: 2 Кэш-память L1: 64+64 Кбайт на ядро Кэш-память L2: 1024 Кбайт на ядро Линки HyperTransport: 2-3 HT 2.0 Вслед за Intel, которая провела этим летом грандиозный анонс новой архитектуры и основанных на ней серверных, десктопных и мобильных «камней», компания AMD, успешно теснящая на серверном фронте своего конкурента, выпустила в продажу давно обещанные Opteron в исполнении Socket F

 Микропроцессоры

Уже предварительные испытания показали, что компьютеры на базе i486SX с тактовой частотой 20 МГц работают быстрее (примерно на 40%) компьютеров, основанных на i80386DX с тактовой частотой 33 МГц. Микропроцессор i486SX, подобно оригинальному i486DX, содержит на кристалле и кэш-память, а вот математический сопроцессор у него заблокирован. Значительная экономия (благодаря исключению затрат на тестирование сопроцессора) позволила фирме I el существенно снизить цены на новый микропроцессор. Надо сказать, что если микропроцессор i486DX был ориентирован на применение в сетевых серверах  и рабочих станциях, то i486SX послужил отправной точкой для создания мощных настольных компьютеров. Вообще говоря, в семействе микропроцессоров i486 предусматривается несколько новых возможностей для построения мультипроцессорных систем: соответствующие команды поддерживают механизм семафоров памяти, аппаратно-реализованное выявление недостоверности строки кэш-памяти обеспечивает согласованность между несколькими модулями кэш-памяти и т.д. Для микропроцессоров семейства i486 допускается адресация физической памяти размером 64 Тбайт.     i80386SL     К концу 1991 года 32-разрядные микропроцессоры стали стандартными для компьютеров типа лэптоп и ноутбук, однако обычные микросхемы i80386DX/SX не полностью отвечали требованиям разработчиков портативных компьютеров.

 Компьютерное оборудование(hard)

РЕФЕРАТНА ТЕМУ «Компьютерное оборудование»Выполнил:Никоненко Е.В. 10б Проверил: Плюхин И.А. Челябинск 2003Процессоры Основой ПК является центральное процессорное устройство(ЦПУ, CPU) или просто процессор. Процессор – это микросхема, которая вставляется в специальный разъем(slo 1 или socke ), и служит для обработки информации и двух видов операций: числовые операции и операции с плавающей точкой. Также в процессоре находится кэш память L1(level 1) и L2(level 2). Она используется для ускорения доступа к данным, находящимся в оперативной памяти. Процессор имеет ряд характеристик: тактовая частота ядра, частота системной шины, множитель. Ниже, вкратце, будут рассмотрены процессоры от I el 8088 до I el Pe - ium 4, а также процессоры фирмы AMD. В первых ПК IBM PC класса X использовались процессоры I el 8088(в документациях пишут – i8088) За период с 1981 по 1995 гг. сменилось четыре поколения процессоров: на смену i8088 пришел i80286, затем i80386, и, наконец, процессор i80486, или, как его называют проще, - 486-й. Всю линию этих процессоров стали назы- вать линией i80x86. Производительность процессоров удваивалась примерно каждые два года. Процессор следующего(пятого) поколения должен был называться i80586, однако ему придумали симпатичное имя – Pe ium.

 Маркетинговые исследования рынка компьютерных продаж г. Нижнего Новгорода

Отличительной особенность этих процессоров является высокая температура процессора, т.к. применяется своя особенная внутренняя архитектура построения кристалла процессора. Duro и A hlo имеют подобные отличия, что и Celero IV и Pe ium IV, т.е. это уменьшенная кэш-память и урезанный набор команд. Отличие в цене у них не такое большое, как у CelIV и PIV, но на Нижегородском рынке почти нет в продаже Duro с тактовой частотой больше 1300 MHz, а A hlo с частотой ниже 1700 MHz. При сравнении процессоров фирм AMD и I el с одинаковой тактовой частотой, производительность у них практически одинаковая, а зачастую в арифметико-логических операциях A hlo выигрывают. Pe ium IV лучше себя показывают в сложных мультимедийных или графических программах. Т.о. можно сказать, что к достоинствам продукции фирмы I el можно отнести высокое качество и надежность продукции, при достаточно высокой цене, а к достоинствам продукции фирмы AMD высокое качество, при менее высокой надежности, и достаточно доступная цена. Основой каждого компьютера является материнская плата (МВ). Это на ней устанавливается все системное оборудование. К ней подключается процессор, оперативная память, винчестер и т.п. От качества её работы зависит работа всех остальных устройств.

 Аппаратная часть ПО

RAM, Ra dom Access Memory — память с произвольным доступом) — это быстрое запоминающее устройство не очень большого объёма, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами. Оперативная память используется только для временного хранения данных и программ, так как, когда машина выключается, все, что находилось в ОЗУ, пропадает. Доступ к элементам оперативной памяти прямой — это означает, что каждый байт памяти имеет свой индивидуальный адрес. 2. Кэш-память Кэш (англ. cache), или сверхоперативная память — очень быстрое ЗУ небольшого объёма, которое используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и несколько менее быстродействующей оперативной памятью. Кэш-память реализуется на микросхемах статической памяти SRAM Современные микропроцессоры имеют встроенную кэш-память, так называемый кэш первого уровня размером 8, 16 или 32 Кбайт.

 Современные микропроцессоры

Внутренние форматы команд (ROP у компании AMD и RISC86 у компании exGe ) соответствуют традиционным системам команд RISC-процессоров. Все команды имеют одинаковую длину и кодируются в регулярном формате. Обращения к памяти выполняются специальными командами загрузки и записи. Как известно, архитектура x86 имеет очень сложную для декодирования систему команд. В процессорах K5 и x586 осуществляется аппаратная трансляция команд x86 в команды внутреннего формата, что дает лучшие условия для распараллеливания вычислений. В процессоре К5 имеются 40, а в процессоре x586 22 физических регистра, которые реализуют методику переименования. В процессоре К5 информация, необходимая для прогнозирования направления перехода, записывается прямо в кэш команд и хранится вместе с каждой строкой кэш-памяти. В процессоре x586 для этих целей используется кэш-память адресов переходов на 96 элементов. Таким образом, компания I el не обладает монополией на методы конструирования высокопроизводительных процессоров x86. Следует отметить, что сама компания I el заключила стратегическое соглашение с компанией Hewle -Packard на разработку следующего поколения микропроцессоров, в которых архитектура x86 будет сочетаться с архитектурой очень длинного командного слова (VLIW –архитектурой.

 Компьютерная система обработки информации

Архитектура современного компьютера на основе элементной базы фирмы I el предусматривает следующие типы устройства: Внутренние; Магистраль; Контроллеры и порты; Внешние устройства. К внутренним устройствам относятся: Тактовый генератор (ТГ); Центральный процессор (ЦП); Сопроцессор (СП); Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ); Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ); Кэш-память; CMOS-память. Внутренние устройства, магистраль и локальные шины образуют системную (материнскую) плату. Тактовый генератор – устройство, которое непрерывно создает импульсы, согласующие во времени работу различных устройств (импульсы синхронизации). Процессор – является главным элементом компьютера и обеспечивает обработку информации любого типа, а также управление всеми остальными устройствами. Сопроцессор или сопроцессор (СП) – вспомогательный процессор, специализирующийся на операциях какого-либо типа, например, на арифметических или графических. Может отсутствовать, тогда он должен быть или встроен в процессор или имитирован программным путем (эмулирован). Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) – устройство, хранящее информацию только при наличии питания.

 Основные сведения о микропроцессорах фирмы Intel и AMD.

1. Микропроцессоры фирмы I el и AMD Микропроцессоры фирмы I el в значительной степени определяют направление развития компьютерной техники. Каждые несколько лет фирма I el демонстрирует новые прорывы в своей технологии, существенно меняя наши представления о возможностях компьютеризации. Базовое семейство микропроцессоров I el началось с первого в мире 4-битного микропроцессора 4004 (1971), ориентированного на применение в микрокалькуляторах. Затем фирма I el выпустила 8-битные микропроцессоры 8008 (1972), 8080 (1974) и 8085 (1976), достаточно мощные для построения небольшого компьютера. Они могли выполнять двоичные и двоично-десятичные 16-битные арифметические операции и адресовать память до 64 Кбайт с помощью 16-битной шины данных. Наконец, был выпущен 16-битный микропроцессор 8086 (1978) с его 8-битным вариантом 8088 (1979) и расширенными вариантами 80186 и 80286 (1982), обладающими более высоким быстродействием и дополнительными возможностями. Процессоры 8086, 8088 и 80186 могли оперировать с 32-битными двоичными и 16-битными двоично-десятичными числами и адресовать память до 1 Мбайт блоками по 64 Кбайт.

 Представление текстовой и графической информации в электронном виде

ДК (дешифрация команды): по значению кода определяется раскладка полей (формат) команды, в соответствии с чем настраиваются устройства. ВО1, ВО2, (выборка операнда):вычисление адресов операндов и обращение к ним, помещение операндов из ОП в регистры СОЗУ. ИК (исполнение команды): действия над операндами. ЗР (запись результата): полученный результат записывается в регистр памяти. Фазы ВК, ДК и ИК являются обязательными. После ЗР выполняются фазы следующей команды или фаза прерывания. Структура команды: Структурная схема микропроцессора i el8086 Первые процессоры, появившиеся в персональных ЭВМ были 16-разрядные. Процессор, стоявший в компьютере IBM PC, был изготовлен фирмой I el, назывался i8086 и работал на тактовой частоте 4,77 МГц. Процессоры следующего поколения, 80186, 80188, 80286, тоже были 16-ти разрядными, хотя имели более высокую тактовую частоту и возможность работы с памятью выше 1 Мбайта в защищенном режиме . Коротко 16-ти битные процессоры можно описать: Разрядность ядра - 16 бит Число регистров - 14 Разрядность шины данных : внутренняя - 16 или 8 бит, внешняя - 16 бит Адресная шина - 20 бит (память до 1 Мбайта) Внутренняя кэш-память - отсутствует Внешняя шина для подключения устройств ввода/вывода - ISA (I dus ry S a dard Archi ec ure), 16 бит, 8 МГц На рисунке представлена структурная схема микропроцессора 8086, в состав которого входят: устройство управления, арифметико-логическое устройство, блок преобразования адресов и регистры.

 Процессоры AMD седьмого поколения (K7)

Также был сильно увеличен объем кэш-памяти L1 - 128 Кбайт (по 64 Кбайт для инструкций и данных). Кэш-память L2 - 512 Кбайт, первое время работала на 1/2, 2/5 или 1/3 частоты процессора. Чем тактовая частота процессора выше, тем на относительно меньшей частоте работал кэш процессора отдана процессорным элементам. RISC (англ. Reduced I s ruc io Se Compu i g) — вычисления с сокращённым набором команд. CISC (англ. Complex I s ruc io Se Compu i g) — концепция проектирования процессоров, которая характеризуется следующим набором свойств: Нефиксированным значением длины команды. Арифметические действия, кодируется в одной инструкции. Небольшим числом регистров, каждый из которых выполняет строго определённую функцию. Типичными представителями являются процессоры на основе x86 команд (исключая современные I el Pe ium 4, Pe ium D, Core, AMD A hlo , Phe om которые являются гибридными) и процессоры Mo orola MC680x0. MMX (Mul imedia Ex e sio s — мультимедийные расширения) — коммерческое название дополнительного набора инструкций, выполняющих характерные для процессов кодирования/декодирования потоковых аудио/видео данных действия за одну машинную инструкцию.

 Микропроцессор в персональной электронно-вычислительной машине

Данный способ адресации применяется для работы с массивами и при использовании стека (например, при использовании подпрограмм). Параметры микропроцессора Параметры определяющие производительность 1. Тактовая частота (Частота ядра) (I er al clock) – это количество электрических импульсов в секунду. Каждый импульс несет в себе некую информацию - это могут быть команды процессору или данные памяти. Тактовая частота задается кварцевым генератором - одним из блоков, расположенных на материнской плате. Тактовая частота кварцевого генератора выдерживается с очень высокой точностью и лежит в мега или гигагерцовом диапазоне. Микропроцессор, работающий на тактовой частоте 800 МГц, выполняет 800 миллионов рабочих тактов в секунду. В зависимости от сложности обрабатываемой команды процессору для выполнения задачи иногда необходимо сотни и тысячи тактов. Чем выше тактовая частота ядра, тем выше скорость обработки данных. Современные микропроцессоры работают на частотах от 800 МГц до 4,7 ГГц. 2. Объем Кэш-памяти (Cache) – Кэш-память быстрая память, используемая процессором для ускорения операций, требующих обращения к памяти.

 Процессор персонального компьютера

Все остальные адреса операндов получатся суммированием адреса и смещения. 5. Разрядность Первые процессорные регистры могли хранить лишь 4 – битные числа. Затем появились 8 – и 16 – битные процессоры, с появлением процессора x386 был реализован 32 – битный режим, что позволило работать с числами размерностью свыше двух миллиардов. 6. Кэш – память Это статическая память (S a iс RAM – SRAM), которая, в отличие от динамической памяти, не требует периодической регенерации (обновления). Время доступа у этой памяти не более 2 нс., т. е. она может синхронно работать с процессором на частоте 500 МГц и более. Контроллер кэш – памяти находится в чипе северного моста чипсета материнской платы. В x386 процессорах кэш – память объемом 128 Кб располагалась на материнской плате. Начиная с процессоров x486, появился дополнительный кэш в процессоре, работающий на его частоте, - кэш первого уровня (Level I – LI). На материнской плате устанавливается кэш второго уровня (L2). В большинстве современных процессоров кэш LI и L2 встроены в ядро процессора. Причем если в Pe ium II и Pe ium III кэш второго уровня работает на половинной частоте процессора, то у Celero , AMD K6 – III, A hlo и Pe ium IV – на частоте процессора, что положительно сказывается на производительности. 7. Технологии расширения команд процессора Первой такой выделенной технологией можно считать Mul iMedia eX e sio (MMX) – расширение базового набора команд процессора (57 команд для обработки графики и звука).

 Структура ЭВМ

У винчестера есть своя кэш-память размером до 8 Мбайт. Фирма-производитель. Освоить современные технологии могут только крупнейшие производители, потому что организация изготовления сложнейших головок, пластин, контроллеров требует крупных финансовых и интеллектуальных затрат. Жесткие диски производят семь основных компаний: Fuji su, IBM-Hi achi, Max or, Samsu g, Seaga e, oshiba и Wes er Digi al. При этом каждая модель одного производителя имеет свои, только ей присущие особенности.12 Компактные твердотельные носители. Проблема емких и надежных накопителей, являющихся внешними для компьютерной системы, стоит сегодня достаточно остро. Использование 3,5' гибких дисков (1,44 Мбайт)в недавнем времени было очень популярно. Гибкие магнитные диски помещаются в пластмассовый корпус. В центре дискеты имеется приспособление для захвата и обеспечения вращения диска внутри пластмассового корпуса. Дискета вставляется в дисковод, который вращается с постоянной угловой скоростью. В настоящее время распространенными накопителями можно назвать дисководы CD-ROM и CD-RW (Compac Disc-ReWri able).

 Шпоры к ГОС экзаменам Воронеж, 2004г.

Все байты пронумерованы. Номер байта называется его адресом. Байты могут объединяться в ячейки, которые называются также словами. Для каждого компьютера характерна определенная длина слова — два, четыре или восемь байтов. Это не исключает использования ячеек памяти другой длины (например, полуслово, двойное слово). Как правило, в одном машинном слове может быть представлено либо одно целое число, либо одна команда. Однако, допускаются переменные форматы представления информации. Широко используются и более крупные производные единицы объема памяти: Kuлoбайт, Мегабайт, Гигабайт, а также, в последнее время, Терабайт и Петабайт. Современные компьютеры имеют много разнообразных запоминающих устройств, которые сильно отличаются между собой по назначению, временным характеристикам, объёму хранимой информации и стоимости хранения одинакового объёма информации. Различают два основных вида памяти – внутреннюю и внешнюю. В состав внутренней памяти входят оперативная память, кэш-память и специальная память. Оперативная память (ОЗУ, англ.