Контакты Доставка Вакансии
Контакты Доставка Вакансии
 
О компанииПродукцияПрайс-листПолезноеБлоки питания
 
Укажите артикул для поиска

НОВОСТИ LAB-VM

19.6.2013
LAB-VM - Доступны для заказы новые коммутаторы Mellanox FDR 56Gb/s InfiniBand
Подробнее »

15.3.2013
Запуск обновленного онлайн магазина LAB-VM
Подробнее »

20.10.2012
Компания LAB-VM объявляет о начале поставок сетевого оборудования Finisar
Подробнее »

11.1.2012
Компания LAB-VM приступила к выпуску серверов на базе первых в мире 16-ти ядерных процессоров класса x86
Подробнее »



Микропроцессоры. История CPU.

Назад - Полезное - Оглавление

История процессоров

Центральный процессор (CPU - central processing unit) это часть аппаратного обеспечения компьютера, отвечающая за выполнение основной доли работ по обработке информации. Современные CPU, выполняемые в виде отдельных микросхем, также называют микропроцессорами. С середины 80-х годов XX века они практически вытеснили прочие виды процессоров, вследствие чего термин стал синонимом слова 'микропроцессор'.

Изначально термин CPU описывал специализированный класс логических машин, предназначенных для выполнения сложных программ. Вследствие довольно точного соответствия этого назначения функциям существовавших в то время компьютерных процессоров, он естественным образом был перенесён на сами компьютеры.

Ранние CPU создавались в виде уникальных составных частей для уникальных компьютерных систем. Позднее производители компьютеров перешли к серийному изготовлению типовых процессоров. Тенденция к стандартизации компьютерных комплектующих зародилась в эпоху бурного развития полупроводниковых элементов, мейнфреймов и миникомпьютеров. Создание микросхем позволило ещё больше увеличить сложность CPU с одновременным уменьшением их физических размеров. Современные процессоры можно найти не только в таких высокотехнологичных устройствах, как компьютеры или автомобили, но и в калькуляторах, мобильных телефонах и даже в детских игрушках.

Архитектура фон Неймана

Большинство современных процессоров для персональных компьютеров основаны на циклическом процессе последовательной обработки информации, изобретённом Джоном фон Нейманом.

Нейман придумал схему постройки компьютера в 1946 году.

Этапы цикла выполнения:

  • Процессор выставляет число, хранящееся в регистре счётчика команд, на шину адреса, и отдаёт памяти команду чтения
  • Выставленное число является для памяти адресом; память, получив адрес и команду чтения, выставляет содержимое, хранящееся по этому адресу, на шину данных, и сообщает о готовности
  • Процессор получает число с шины данных, интерпретирует его как команду из и исполняет её
  • Если последняя команда не является командой перехода, процессор увеличивает число, хранящееся в счётчике команд; в результате там образуется адрес следующей команды
  • Снова выполняется пункт 1

В различных архитектурах и для различных команд могут потребоваться дополнительные этапы. Отличительной особенностью архитектуры фон Неймана является то, что инструкции и данные хранятся в одной и той же памяти.

Данный цикл выполняется неизменно, и именно он называется процессом.

Во время процесса процессор считывает последовательность команд, содержащихся в памяти, и исполняет их. Такая последовательность команд называется программой и представляет алгоритм работы процессора. Очерёдность считывания команд изменяется в случае, если процессор считывает команду перехода - в этом случае адрес следующей команды может оказаться другим.

Команды центрального процессора являются самым нижним уровнем управления компьютером, поэтому выполнение каждой команды неизбежно и безусловно. Не производится никакой проверки на допустимость выполняемых действий, в частности, не проверяется возможная потеря ценных данных. Чтобы компьютер выполнял только безопасные действия, команды должны быть соответствующим образом организованы в виде необходимой программы.

Скорость перехода от одного этапа цикла к другому определяется тактовым генератором. Тактовый генератор вырабатывает импульсы, служащие ритмом для центрального процессора. Частота тактовых импульсов называется тактовой частотой.

С целью повышения быстродействия в центральный процессор была введена конвейерная архитектура. Обычно для выполнения каждой команды требуется осуществить некоторое количество однотипных операций. Каждую из операций сопоставляют одной ступени конвейера. Например, конвейер микропроцессора с архитектурой MIPS-I содержит четыре стадии:

  • получение и декодирование инструкции
  • выполнение арифметических операций
  • адресация и выборка операнда из ОЗУ
  • сохранение результата операции

После освобождения ступени конвейера она сразу приступает к работе над следующей командой.

Факторы, снижающие эффективность конвейера:

  • простой конвейера, когда некоторые ступени не используются
  • ожидание: если следующая команда использует результат предыдущей, то последняя не может начать выполняться до выполнения первой
  • очистка конвейера при попадании в него команды перехода

Некоторые современные процессоры имеют более 30 ступеней в конвейере, что увеличивает производительность процессора, однако приводит к большому времени простоя

Способность выполнения нескольких машинных инструкций за один такт процессора называется суперскалярной архитектурой. Появление этой технологии привело к существенному увеличению производительности.

Многоядерные процессоры содержат несколько процессорных ядер в одном корпусе.

Процессоры, предназначенные для работы одной копии операционной системы на нескольких ядрах представляют собой высокоинтегрированную реализацию системы 'Мультипроцессор'.

В ноябре 2006 года вышел первый четырёхъядерный процессор Intel Core 2 Quad на ядре Kentsfield, представляющий собой сборку из двух кристаллов Conroe в одном корпусе.

Кэширование - это использование дополнительной быстродействующей памяти для хранения копий блоков информации из основной памяти, вероятность обращения к которым в ближайшее время велика.

Различают кэш-память 1-, 2- и 3-го уровней. Кэш 1-го уровня имеет наименьшее время доступа но малый размер, кроме того кэш первого уровня часто делается многопортовым. Кэш 2-го уровня обычно имеет значительно большее время доступа, но его можно сделать значительно больше по размеру. Кэш 3-го уровня самый большой по объёму и довольно медленный, но всё же он гораздо быстрее, чем оперативная память.

Параллельная архитектура

Архитектура фон Неймана обладает тем недостатком, что она последовательная. Какой бы огромный массив данных ни требовалось обработать, каждый его байт должен будет пройти через центральный процессор, даже если над всеми байтами требуется провести одну и ту же операцию.

Для преодоления этого недостатка предлагались и предлагаются архитектуры процессоров, которые называются параллельными. Параллельные процессоры используются в суперкомпьютерах.

Современная технология изготовления

В современных компьютерах процессоры выполнены в виде компактного модуля вставляющегося в zif-сокет. Большая часть современных процессоров реализована в виде одного полупроводникового кристалла, содержащего миллионы, а с недавнего времени даже миллиарды транзисторов. В первых компьютерах процессоры были громоздкими агрегатами, занимавшими подчас целые шкафы и даже комнаты, и были выполнены на большом количестве отдельных компонентов.

Первый микропроцессор Intel 4004 был представлен 15 ноября 1971 года корпорацией Intel. Он содержал 2300 транзисторов, работал на тактовой частоте 108 кГц и стоил 300$.

Было разработано множество различных их архитектур. Многие из них в дополненном и усовершенствованном виде используются и поныне. Например Intel x86. Процессоры этой архитектуры вначале использовались только в персональных компьютерах компании IBM, но в настоящее время всё более активно используются во всех областях компьютерной индустрии. Большинство процессоров используемых в настоящее время являются Intel-совместимыми - они имеют набор инструкций, аналогичный процессорам компании Intel.

Вполне вероятно, что, когда технологический процесс достигнет физических пределов производства, придётся изменить и информационную часть процессоров, то есть перейти от двоичных процессоров на двоичных триггерах к троичным процессорам на троичных триггерах и, вероятно, к е-процессорам с системой счисления равной основанию натуральных логарифмов.

13.5.2013
Supermicro® выпускает на рынок новое решение для хранения данных на НЖМД 4U 72x 3.5" с возможностью «горячей» замены
Подробнее »

10.4.2013
Выход третьего поколения технологии Adaptec maxCache 3.0
Подробнее »

20.3.2013
Supermicro® представляет NVIDIA GRID™ для облачных вычислений
Подробнее »

5.3.2013
На CeBIT представлены революционная технология FatTwin и широчайшая линейка энергоэффективных серверов компании Supermicro
Подробнее »

19.2.2013
Выпуск новых контроллеров Adaptec HBA SAS/SATA, PCIe 2.0/3.0, 6 Гбит/с - серий 7H, 6H и 7He
Подробнее »

24.3.2011
Компания Supermicro представила на CeBIT системы 8-Way Enterprise Server и GPU- Сервер 8-Way 5U и 20-GPU SuperBlade® с двумя коммутаторами QDR IB в 7U
Подробнее »

18.3.2011
Microsoft представляет Windows Small Business Server 2011 Standard
Подробнее »

22.12.2010
Компания Supermicro расширила семейство решений Double-Sided Storage(TM)
Подробнее »

21.12.2010
Облачные возможности новейшей ERP от Microsoft снижают затраты на интеграцию и удаленный доступ
Подробнее »

13.12.2010
Контроллеры Adaptec с пропускной способностью 6 Гб/с
Подробнее »

Все новости »

 

115172, г. Москва, Новоспасский переулок, дом 7а, строение 4; Тел/Факс: +7 (495) 120-30-28; ООО “Лаборатория вычислительных машин”, © 2017