КОМП-МАСТЕР СОЧИ
РЕМОНТ И ОБСЛУЖИВАНИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТЕХНИКИ В СОЧИ

Типы и спецификации процессоров

"Мозгом" персонального компьютера является микропроцессор, или центральный процессор — CPU (Central Processing Unit). Микропроцессор выполняет вычисления и обработку данных (за исключением некоторых математических операций, осуществляемых в компьютерах, имеющих сопроцессор) и, как правило, является самой дорогостоящей микросхемой компьютера. Во всех PC-совместимых компьютерах используются процессоры, совместимые с семейством микросхем Intel, но выпускаются и проектируются они как самой фирмой Intel, так и компаниями AMD, Cyrix, ЮТ и Rise Technologies.

В настоящее время Intel доминирует на рынке процессоров. Однако в конце 70-х годов лидерами на этом рынке были фирмы Zilog (модель Z-80) и MOS Technology (модель 6502). Процессор Z-80 был улучшенной и недорогой копией процессора Intel 8080.

Звездный час фирм Intel и Microsoft наступил в 1981 году, когда IBM выпустила первый персональный компьютер IBM PC с процессором Intel 8088 (4,77 МГц) и операционной системой Microsoft Disk Operating System (DOS) версии 1.0. С этого момента практически во все персональные компьютеры устанавливаются процессоры фирмы Intel и операционные системы Microsoft. В следующих разделах вы узнаете о процессорах, используемых в персональных компьютерах, о технических параметрах этих микросхем и о том, почему за одно и то же время одни процессоры выполняют гораздо больше операций, чем другие.

История развития процессоров до появления первого PC

Обратите внимание, что первый процессор был выпущен за 10 лет до появления первого компьютера IBM PC. Он был разработан фирмой Intel, назван Intel 4004, а его выпуск состоялся 15 ноября 1971 года. Рабочая частота этого процессора составляла всего 108 кГц (0,108 МГц!). Этот процессор содержал 2 300 транзисторов и производился по 10-микронной технологии. Шина данных имела ширину 4 разряда, что позволяло адресовать 640 байт памяти. Этот процессор предназначался для использования в программируемых калькуляторах. В апреле 1972 года Intel выпустила процессор 8008, который работал на частоте 200 кГц. Он содержал 3 500 транзисторов и производился все по той же 10-микронной технологии. Шина данных была 8-разрядной, что позволяло адресовать 16 Кбайт памяти. Этот процессор предназначался для использования в терминалах и программируемых калькуляторах.

Следующая модель процессора, 8080, была анонсирована фирмой Intel в апреле 1974 года. Этот процессор содержал 6 000 транзисторов и мог адресовать уже 64 Кбайт памяти. На нем был собран первый персональный компьютер (не PC) Altair 8800. В этом компьютере использовалась операционная система CP/M, а фирма Microsoft разработала для него интерпретатор языка BASIC. Это была первая массовая модель компьютера, для которого были написаны тысячи программ.

Благодаря популярности процессора Intel 8080 некоторые фирмы начали выпуск его клонов. Так, в июле 1976 года появился процессор Z-80 (фирма Zilog), который работал на частоте 2,5 МГц (более поздние модели уже работали на частоте 10 МГц). Процессор Z-80 был несовместим с 8080, но мог выполнять все написанные для него программы. Он стал использоваться в компьютерах TRS-80 Model 1, выпущенных фирмой Radio Snack. Этот же процессор устанавливался в компьютеры Osborne и Kaypro.

Intel не остановилась на достигнутом и в марте 1976 года выпустила процессор 8085, ко­торый содержал 6 500 транзисторов, работал на частоте 5 МГц и производился по 3-мик­ронной технологии.

В этом же году фирма MOS Technologies выпустила процессор 6502, который был абсолютно непохож на процессоры фирмы Intel. Он был разработан группой инженеров фирмы Motorola. Эта же группа работала над созданием процессора 6800, который в будущем трансформировался в семейство процессоров 68000. Отличительной чертой процессора 6502 была его цена — 25 долларов, в отличие от процессора 8080, который стоил около 300 долларов. Именно на этом процессоре были созданы первые модели компьютеров Apple I и Apple II, а также игровые приставки Nintendo. Процессоры серии 68000, которые теперь называются PowerPC, в настоящее время используются в компьютерах Apple Macintosh.

В июне 1978 года Intel выпустила процессор 8086, который содержал набор команд под кодовым названием х86. Этот же набор команд до сих пор поддерживается в самых современных процессорах Pentium III. Процессор 8086 был полностью 16-разрядным — внутренние регистры и шина данных. Он содержал 29 000 транзисторов и работал на частоте 5 МГц. Благодаря 20-разрядной шине адреса он мог адресовать 1 Мбайт памяти.

Процессор 8086 стоил довольно дорого, и в 1979 году Intel выпустила "дешевую" версию этого процессора под кодовым названием 8088. Этот процессор отличался от предыдущего 8-разрядной шиной данных. Именно его стали устанавливать в первые компьютеры IBM PC. Оригинальный процессор 8088 содержал 30 000 транзисторов и работал на частоте 5 МГц. Последние процессоры фирмы Intel (например Pentium Ш Хеоп) содержат 140 млн транзисторов и работают на частоте 1 ГГц (уже даже есть опытные образцы процессоров, работающих на частоте 2 ГГц). Вряд ли можно найти наилучшее практическое подтверждение закону Мура, который гласит, что каждые два года количество транзисторов в процессоре будет удваиваться!

Параметры процессоров

При описании параметров и устройства процессоров часто возникает путаница. Рассмотрим некоторые характеристики процессоров, в том числе разрядность шины данных и шины адреса, а также быстродействие. Процессоры можно классифицировать по двум основным параметрам: разрядности и быстродействию. Быстродействие процессора — довольно простой параметр. Оно измеряется в мегагерцах (МГц); 1 МГц равен миллиону тактов в секунду. Чем выше быстродействие, тем лучше (тем быстрее процессор). Разрядность процессора — параметр более сложный. В процессор входит три важных устройства, основной характеристикой которых является разрядность:

шина ввода и вывода данных;

внутренние регистры;

шина адреса памяти.

Процессоры с тактовой частотой менее 16 МГц не имеют встроенной кэш-памяти. В системах до 486-го процессора быстрая кэш-память устанавливалась на системную плату. Начиная с процессоров 486, кэш-память первого уровня устанавливалась непосредственно в корпусе и работала на частоте процессора. А кэш-память на системной плате стали называть кэш-памятью второго уровня. Она работала уже на частотах, поддерживаемых системной платой.

В процессорах Pentium Pro и Pentium II кэш-память второго уровня устанавливается в корпусе процессора и физически представляет отдельную микросхему. Чаще всего такая память работает на половинной (процессоры Pentium II/III и AMD Athlon) или даже меньшей (две пятых или треть) частоте ядра процессора. В табл. 3.1 приведены данные о рабочих частотах кэш-памяти второго уровня процессоров Pentium II/III/Celeron и Athlon (модели 1 и 2).

                  Параметры кэш-памяти второго уровня Pentium II/III/Celeron и  Athlon
--------------------------------------------------------------------------
Процессор  Частота,МГц  Объем кэш-памяти,Кбайт  Тип кэш памяти    
--------------------------------------------------------------------------
Pentium III 450-600      512   Внешний  Половина частоты ядра (225-300 МГц)
Athlon      550-700      512   Внешний  Половина частоты ядра (275-350 МГц)
Athlon      750-850      512   Внешний  Две пятых частоты ядра (300-340 МГц)
Athlon      900-1000     512   Внешний  Треть частоты ядра (300-333 МГц)
---------------------------------------------------------------------------

А в процессорах Pentium Pro, Pentium II/III Xeon, современных моделях Pentium III, Celeron, K6-3, Athlon (модель 4), Duron кэш-память работает на частоте ядра. Параметры кэш-памяти второго уровня

                  ----------------------------------------------------------------------------
Процессор    Частота, МГц  Объем кэш-памяти   Тип кэш-памяти Рабочая частота
----------------------------------------------------------------------------
Pentium Pro     150-200      256 Кбайт-1 Мбайт  Внешний         Частота ядра
К6-3            350-450      256 Кбайт          На пластине     Частота ядра
Duron           550-700+      64 Кбайт          На пластине     Частота ядра
Celeron         300-600+     128 Кбайт          На пластине     Частота ядра
PentiumII Xeon  400-450      512 Кбайт-2 Мбайт  Внешний         Частота ядра
Athlon          650-1000+    256 Кбайт          На пластине     Частота ядра
PentiumIII      500-1000+    256 Кбайт          На пластине     Частота ядра
PentiumIII Xeon 500-1000+    256 Кбайт-2 Мбайт  На пластине     Частота ядра
----------------------------------------------------------------------------

Обратите внимание: плата процессоров Pentium II и Pentium III содержит кэш-память второго уровня емкостью 512 Кбайт, работающую на половинной частоте процессора. Процессоры Celeron, Pentium II РЕ и Pentium HIE имеют кэш-память второго уровня, работающую на частоте ядра процессора, и интегрированы в плату процессора. А процессор Celeron III, созданный на основе Pentium HIE, имеет лишь 128 Кбайт кэш-памяти второго уровня, работающей на частоте процессора.

При указании количества транзисторов не были учтены транзисторы внешней стандартной кэш-памяти вто­рого уровня емкостью 256 и 512 Кбайт, 1 или 2 Мбайт, встроенной в процессоры Pentium Pro, Pentium и Pentium II. Кэш-память второго уровня может содержать дополнительно 15,5 (256 Кбайт), 31 (512 Кбайт), 62 млн (1 Мбайт) или, возможно, 124 млн (2 Мбайт) транзисторов! В процессорах Athlon (в зависимости от модели) может устанавливаться на отдельной пластине 512 Кбайт кэш-памяти второго уровня, работающей на половине, двух пятых или трети частоты ядра, или же 256 Кбайт кэш-памяти, работающей на частоте процессора.

Такое различие в рабочих частотах кэш-памяти второго уровня объясняется ее дороговизной. Именно поэтому быстродействующая кэш-память второго уровня встраивается в высокопроизводительные процессоры семейства Xeon. Однако появление новых технологий производства процессоров позволило использовать кэш-память, работающую на частоте ядра, и в потребительских процессорах Celeron второго поколения. Практически во всех новых процессорах кэш-память второго уровня работает на частоте процессора.

Обратите внимание: плата процессоров Pentium II и Pentium III содержит кэш-память второго уровня емкостью 512 Кбайт, работающую на половинной частоте процессора. Процессоры Celeron, Pentium II РЕ и Pentium HIE имеют кэш-память второго уровня, работающую на частоте ядра процессора, и интегрированы в плату процессора. А процессор Celeron III, созданный на основе Pentium HIE, имеет лишь 128 Кбайт кэш-памяти второго уровня, работающей на частоте процессора.

При указании количества транзисторов не были учтены транзисторы внешней стандартной кэш-памяти вто­рого уровня емкостью 256 и 512 Кбайт, 1 или 2 Мбайт, встроенной в процессоры Pentium Pro, Pentium и Pentium II. Кэш-память второго уровня может содержать дополнительно 15,5 (256 Кбайт), 31 (512 Кбайт), 62 млн (1 Мбайт) или, возможно, 124 млн (2 Мбайт) транзисторов! В процессорах Athlon (в зависимости от модели) может устанавливаться на отдельной пластине 512 Кбайт кэш-памяти второго уровня, работающей на половине, двух пятых или трети частоты ядра, или же 256 Кбайт кэш-памяти, работающей на частоте процессора.

Такое различие в рабочих частотах кэш-памяти второго уровня объясняется ее дороговизной. Именно поэтому быстродействующая кэш-память второго уровня встраивается в высокопроизводительные процессоры семейства Xeon. Однако появление новых технологий производства процессоров позволило использовать кэш-память, работающую на частоте ядра, и в потребительских процессорах Celeron второго поколения. Практически во всех новых процессорах кэш-память второго уровня работает на частоте процессора.

Быстродействие процессора

Быстродействие — это одна из характеристик процессора, которую зачастую толкуют по-разному. В этом разделе вы узнаете о быстродействии процессоров вообще и процессоров Intel в частности.

Быстродействие компьютера во многом зависит от тактовой частоты, обычно измеряемой в мегагерцах (МГц). Она определяется параметрами кварцевого резонатора, представляющего собой кристалл кварца, заключенный в небольшой оловянный контейнер. Под воздействием электрического напряжения в кристалле кварца возникают колебания электрического тока с частотой, определяемой формой и размером кристалла. Частота этого переменного тока и называется тактовой частотой. Микросхемы обычного компьютера работают на частоте нескольких миллионов герц. (Герц — одно колебание в секунду.) Быстродействие измеряется в мегагерцах, т.е. в миллионах циклов в секунду.

Единица измерения частоты названа герцем в честь немецкого физика Генриха Герца. В 1885 году Герц экспериментальным путем подтвердил правильность электромагнитной теории, согласно которой свет является видом электромагнитного излучения и распространяется в виде волн. Наименьшей единицей измерения времени (квантом) для процессора как логического устройства является период тактовой частоты, или просто такт. На каждую операцию затрачивается минимум один такт. Например, обмен данными с памятью процессор Pentium П выполняет за три такта плюс несколько циклов ожидания. (Цикл ожидания — это такт, в кото­ром ничего не происходит; он необходим только для того, чтобы процессор не "убегал" вперед от менее быстродействующих узлов компьютера.)

Время, затрачиваемое на выполнение команд, также непостоянно. В процессорах 8086 и 8088 на выполнение одной команды уходит около 12 тактов. В процессорах 286 и 386 этот показатель уменьшился в среднем до 4,5 тактов на операцию, а в 486 — до 2 тактов. Использование в процессоре Pentium двух параллельных конвейеров и других ухищрений позволило сократить время выполнения среднестатистической команды до одного такта. В процессорах Pentium Pro, Pentium II/III, Celeron и Xeon, а также Athlon/Duron за один такт выполняется как минимум три команды.

Различное количество тактов, необходимых для выполнения команд, затрудняет сравнение производительности компьютеров, основанное только на их тактовой частоте (т.е. количестве тактов в секунду). Почему при одной и той же тактовой частоте один из процессоров работает быстрее, чем другой? Причина кроется в производительности.

Процессор 486 обладает более высоким быстродействием по сравнению с 386-м, так как на выполнение команды ему требуется в среднем в два раза меньше тактов, чем 386-му. А процессору Pentium — в два раза меньше тактов, чем 486-му. Таким образом, процессор 486 с тактовой частотой 133 МГц (типа AMD 5x86-133) работает даже медленнее, чем Pentium с тактовой частотой 75 МГц! Это происходит потому, что при одной и той же частоте Pentium выполняет вдвое больше команд, чем процессор 486. Pentium II и Pentium III — приблизительно на 50% быстрее процессора Pentium, работающего на той же частоте, потому что они могут выполнять значительно больше команд в течение того же количества циклов.

Сравнивая относительную эффективность процессоров, можно увидеть, что производительность процессора Pentium III, работающего на тактовой частоте 1 000 МГц, теоретически равна производительности процессора Pentium, работающего на тактовой частоте 1500 МГц, которая, в свою очередь, теоретически равна производительности процессора 486, работающего на тактовой частоте 3000 МГц, а она, в свою очередь, теоретически равна производительности процессоров 386 или 286, работающих на тактовой частоте 6000 МГц, или же 8088-го, работающего на тактовой частоте 12000 МГц. Если учесть, что первоначальный PC с процессором 8088 работал на тактовой частоте, равной всего лишь 4,77 МГц, то сегодняшние компьютеры более чем в 1,5 тыс. Раз быстрее по сравнению с ним. Поэтому нельзя сравнивать производительность компьютеров, основываясь только на тактовой частоте; необходимо принимать во внимание тот факт, что на эффективность системы влияют и другие факторы.

Оценивать эффективность центрального процессора довольно сложно. Центральные про­цессоры с различными внутренними архитектурами выполняют команды по-разному: одни и те же команды в разных процессорах могут выполняться либо быстрее, либо медленнее. Чтобы найти удовлетворительную меру для сравнения центральных процессоров с различной архитектурой, работающих на разных тактовых частотах, Intel изобрела специфический ряд эталонных тестов, которые можно выполнить на микросхемах Intel, чтобы измерить относительную эффективность процессоров. Эта система тестов недавно была модифицирована с той целью, чтобы можно было измерять эффективность 32-разрядных процессоров; она называется индексом (или показателем) iCOMP 2.0 (intel Comparative Microprocessor Performance — сравнительная эффективность микропроцессора фирмы Intel). В настоящее время используется третья версия этого индекса — iCOMP 3.0.

                  Индексы iCOMP 2.0 для процессоров
------------------------------------------------------------------
Процессор          Индекс        Процессор                 Индекс
------------------------------------------------------------------
Pentium 75           67           PentiumPro 200             220
Pentium 100          90           Celeron 300                226
Pentium 120         100           PentiumII 233              267
Pentium 133         111           Celeron 300A               296
Pentium 150         114           PentiumII 266              303
Pentium 166         127           Celeron 333                318
Pentium 200         142           PentiumII 300              332
PentiumMMX 166      160           PentiumII Overdrive 300    351
PentiumPro 150      168           PentiumII 333              366
PentiumMMX 200      182           PentiumII 350              386
PentiumPro 180      197           PentiumII Overdrive 333    387
PentiumMMX 233      203           PentiumII 400              440
Celeron 266         213           PentiumII 450              483
-------------------------------------------------------------------

Индекс iCOMP 2.0 вычисляется по результатам нескольких независимых испытаний и довольно объективно характеризует относительную производительность процессора. При подсчете iCOMP учитываются операции с плавающей запятой и операции, необходимые для выполнения мультимедийных приложений. После выпуска процессоров Pentium Ш фирма Intel представила новый индекс iCOMP 3.0. При его подсчете учитывается работа с трехмерной графикой, мультимедиа и технологии Internet. По сути, индекс iCOMP 3.0 представляет собой комбинацию результатов измерений шести тестов: WinTune 98 Advanced CPU Integer, CPUMark 99, 3D WinBench 99-3D, MultimediaMark 99, Jmark 2.0 и WinBench 99-FPU WinMark. В результатах этих тестов учитывается и новый набор команд SSE.

                  Индексы iCOMP 3.0 для             процессоров
-------------------------------------------------------
Процессор        Индекс       Процессор          Индекс
-------------------------------------------------------
PentiumII 350     1000        PentiumIII 650      2270
PentiumII 450     1240        PentiumIII 700      2420
PentiumIII 450    1500        PentiumIII 750      2540
PentiumIII 500    1650        PentiumIII 800      2690
PentiumIII 550    1780        PentiumIII 866      2890
PentiumIII 600    1930        PentiumIII 1000     3280
PentiumIII 600E   2110
--------------------------------------------------------

Тактовая частота процессора и маркировка тактовой частоты системной платы Почти все современные процессоры, начиная с 486DX2, работают на тактовой частоте, которая равна произведению некоторого множителя на тактовую частоту системной платы. Например, процессор Celeron 600 работает на тактовой частоте, в девять раз превышающей тактовую частоту системной платы (66 МГц), a PentiumIII 1000 — на тактовой частоте, в семь с половиной раз превышающей тактовую частоту системной платы (133 МГц). Большинство системных плат работали на тактовой частоте 66 МГц; именно такую частоту поддерживали все процессоры Intel до начала 1998 года, и только недавно эта фирма разработала процессоры и наборы микросхем системной логики, которые могут работать на системных платах, рассчитанных на 100 МГц. Некоторые процессоры фирмы Cyrix разработаны для системных плат, рассчитанных на 75 МГц, и многие системные платы, предназначенные для Pentium, также могут работать на этой частоте.

Обычно тактовую частоту системной платы и множитель можно установить с помощью перемычек или других процедур конфигурирования системной платы (например, с помощью выбора соответствующих значений в программе установки параметров BIOS).

В конце 1999 года стали появляться системные платы, рассчитанные на частоту 133 Мщ. Эти платы поддерживали все современные модели процессоров PentiumIII. В это же время фирма AMD выпустила процессор Athlon и системные платы, поддерживающие частоту 100 МГц, но с удвоенным коэффициентом (т.е. частота 200 МГц) передачи данных между процессором и частью набора микросхем North Bridge.

В современных компьютерах используется генератор переменной частоты, обычно расположенный на системной плате; он генерирует опорную частоту для системной платы и процессора. На большинстве системных плат процессоров Pentium можно установить одно из трех или четырех значений тактовой частоты. Сегодня выпускается множество версий процессоров, работающих на различных частотах, в зависимости от тактовой частоты конкретной системной платы. Например, быстродействие большинства процессоров Pentium в несколько раз превышает быстродействие системной платы.

Тактовые частоты процессоров Pentium и системных плат
-------------------------------------------------------------------------
Тип процессора             Быстродействие,   Множитель тактовой      Тактовая частота системной
МГц        частоты процессора     платы, МГц
-------------------------------------------------------------------------
Pentium              60           1x          
Pentium              66           1x          
Pentium              75           1,5x      
Pentium              90           1,5x      
Pentium              100         1,5x      
Pentium              120         2x          
Pentium              133         2x          
Pentium              150         2,5x      
Pentium/Pentium Pro/MMX     166         2,5x      
Pentium/Pentium Pro  180         3x          
Pentium/Pentium Pro/MMX     200         3x          
Pentium MMX/Pentium II      233         3,5x      
Pentium MMX (мобильный)/  266         4x          
Pentium II/Celeron        300         4,5x      
Pentium II/Celeron        333         5x          
Pentium II/Celeron        366         5,5x      
Celeron               400         6x          
Celeron               433         6,5x      
Celeron               466         7x          
Celeron               500         7,5x      
Celeron               533         8x          
Celeron               566         8,5x      
Celeron               600         9x          
Celeron               633         9,5x      
Celeron               667         10x        
Pentium II          350         3,5х       100        
Pentium II/Xeon             400         4х           100        
Pentium II/III/Xeon       450         4,5х       100        
Pentium III/Xeon            500         5х           100        
Pentium III/Xeon            550         5,5х       100        
Pentium III/Xeon            600         6х           100        
Pentium III/Xeon            650         6,5х       100        
Pentium III/Xeon            700         7х           100        
Pentium III/Xeon            750         7,5х       100        
Pentium III/Xeon            800         8х           100        
Pentium III/Xeon            855         8,5х       100        
Pentium III/Xeon            533         4х           133        
Pentium III/Xeon            600         4,5х       133        
Pentium III/Xeon            667         5х           133        
Pentium III/Xeon            733         5,5х       133        
Pentium III/Xeon            800         6х           133        
Pentium III/Xeon            866         6,5х       133        
Pentium III/Xeon            933         7х           133        
Pentium III/Xeon            1000      7,5х       133        
Pentium III/Xeon            1066      8х           133        
Pentium III/Xeon            1133      8,5х       133        
Pentium III/Xeon            1200      9х           133        
Pentium III/Xeon            1266      9,5х       133        
Pentium III/Xeon             1333      Юх         133        
---------------------------------------------------------------------------

При прочих равных условиях (типах процессоров, количестве циклов ожидания при обращении к памяти и разрядности шин данных) два компьютера можно сравнивать по их тактовым частотам. Однако делать это надо осторожно: быстродействие компьютера зависит и от других факторов (в частности, от тех, на которые влияют конструктивные особенности памяти). Например, компьютер с более низкой тактовой частотой может работать быстрее, чем вы ожидаете, а быстродействие системы с более высоким значением номинальной тактовой частоты будет ниже, чем следовало бы. Определяющим фактором при этом является архитектура, конструкция и элементная база оперативной памяти системы.

Во время изготовления процессоров проводится тестирование при различных тактовых частотах, значениях температуры и давления. После этого на них наносится маркировка, где указывается максимальная рабочая частота во всем используемом диапазоне температур и давлений, которые могут встретиться в обычных условиях. Система обозначений довольно проста, так что вы сможете в ней самостоятельно разобраться.

В некоторых системах можно установить большую рабочую частоту процессора; это называется разгоном (overclocking). После установки больших значений частоты процессора увеличивается и его быстродействие. Практически все типы процессоров имеют так называемый "технологический запас" безопасного увеличения тактовой частоты. Например, процессор 800 МГц может работать на частоте 900 МГц и выше. Следует отметить, что при разгоне процессора снижается устойчивость его работы. Если у вас недостаточно опыта работы с компьютером, не пытайтесь разогнать собственную систему — существенного увеличения производительности вы все равно не получите.

Если же вы решились на разгон, то запомните следующее. Большинство современных процессоров Intel (начиная с Pentium II) имеют фиксированный коэффициент умножения частоты, т.е. любое изменение переключателя этого параметра на системной плате не окажет никакого воздействия на процессор. Это делается, чтобы предотвратить перемаркировку процессоров мошенниками. А что же делать компьютерным энтузиастам? Остается лишь один способ разгона — изменение частоты системной шины.

Однако и здесь есть одна особенность. Многие системные платы Intel поддерживают стандартные значения частоты системной шины: 66, 100 и 133 МГц. Кроме того, при помещении процессора в разъем системной платы все необходимые параметры частот устанавливаются автоматически, поэтому изменить что-либо невозможно.

Даже если изменить положение переключателя с 66 на 100 или 133 МГц, процессор не будет работать устойчиво. Например, Pentium Ш 800Е работает с коэффициентом 8х при частоте шины 100 МГц. При установке частоты шины 133 МГц, процессор должен работать на частоте 8*133=1 066 МГц. Однако устойчивость работы этого процессора на такой частоте вызывает сомнения. Аналогично, Celeron 600E работает по схеме 9*66 МГц, изменение частоты шины до 100 МГц приведет к тому, что этот процессор будет вынужден работать на частоте 900 МГц, а это очень опасно для него.

Многие системные платы рассчитаны на большой диапазон частот системной шины. На­пример, плата Asus P3V4X поддерживает следующие частоты системной шины: 66, 75, 83, 90, 95, 100, 103, 105, 110, 112, 115, 120, 124, 133, 140 и 150 МГц. Установив в эту плату про­цессор Pentium III 800Е, можно плавно увеличивать частоту системной шины.

                  Множитель (фиксирован)   Частота шины, МГц  Частота  процессора, МГц
-------------------------------------------------------------------------
~8х                             100                 800
8х                              103                 824
8х                              105                 840
8х                              110                 880
8х                              112                 896
8х                              115                 920
8х                              120                 960
8х                              124                 992
8х                             133                1066
------------------------------------------------------------------------

                  Аналогичные данные для процессора Celeron 600E выглядят  следующим образом. 
                  Множитель (фиксирован)  Частота  шины, МГц      Частота процессора, МГц
--------------------------------------------------------------------
9х                           66                 600
9х                           75                 675
9х                           83                 747
9х                           90                 810
9х                           95                 855
9х                         100                 900              
-------------------------------------------------------------------

Обычно допускается 10-20%-ное увеличение частоты системной шины без последствий для процессора, т.е. такое увеличение не сказывается на стабильности работы системы.

Существует еще один способ разгона, при котором увеличиваются параметры напряжения питания процессора. Все разъемы Slot 1, Slot A, Socket 8, Socket 370 и Socket A автоматически определяют тип установленного процессора и самостоятельно устанавливают необходимое напряжение питания. В большинстве системных плат (особенно это касается продукции компании Intel) изменить эти значения вручную невозможно. Но другие производители допускают ручное изменение напряжения. Например, уже упоминавшаяся плата Asus P3V4X позволяет устанавливать напряжение питания с точностью до десятых вольта. Изменяя этот параметр, необходимо помнить о том, что увеличение напряжения в лучшем случае может нарушить стабильную работу системы, а в худшем — вывести процессор из строя. Если вы все-таки решились на разгон, сначала поэкспериментируйте со значениями частот системной шины и лишь потом пробуйте изменять напряжение питания. Также помните, что для разгона необходимы комплектующие (системная плата, память и особенно корпус и вентиляторы системы охлаждения) известных производителей. Не забудьте также установить дополнительные теплоотводы на процессор и дополнительные вентиляторы (если позволяет конструкция) внутри корпуса системы.

Маркировка процессоров и теплоотводы

Микросхемы процессоров часто снабжаются теплоотводами, и маркировка при этом может оказаться закрытой. (Теплоотвод — это металлическое приспособление для отвода тепла от электронных приборов.) К счастью, большинство изготовителей центральных процессоров помещают метки на верхней и нижней стороне процессора. Если теплоотвод трудно или невозможно снять с чипа, можно вынуть чип вместе с теплоотводом из гнезда и прочитать маркировку на нижней части процессора. Большинство процессоров, работающих на частоте 50 МГц и выше, должны иметь теплоотводы, предотвращающие их перегрев.

Эффективность процессоров Cyrix

В маркировке процессоров Cyrix/IBM 6x86 используется шкала PR (Performance Rating — оценка эффективности), значения на которой не равны истинной тактовой частоте в мегагерцах. Например, процессор Cyrix 6x86MX/MII-PR366 фактически работает на тактовой частоте 250 МГц (2,5*100 МГц). Тактовая частота системной платы указанного процессора должна быть установлена так, как при установке процессора с тактовой частотой 250, а не 366 МГц (как можно предположить по числу 366 на маркировке).

Обратите внимание, что процессор с Cyrix 6x86MX-PR200 может работать на тактовых частотах 150, 165, 166 или 180 МГц, но не на частоте 200 МГц. Рассматриваемая оценка эффективности предназначена для сравнения с оригинальными процессорами Intel Pentium (Celeron, Pentium II или Pentium III в этой оценке не участвуют).

Эффективность процессоров AMD

Аналогичным образом сравнивается эффективность процессоров AMD серии K5. Оценка эффективности серии K6 и Athlon указывает на реальную рабочую частоту. Реальные рабочие частоты и оценка эффективности процессоров AMD

  ----------------------------------------------------------------------------
Тип процессора AMD/Оценка эффективности (P-Rating)/Реальная рабочая частота процессора, МГц/Множитель тактовой частоты процессора/Тактовая частота системной платы, МГц
----------------------------------------------------------------------------
К5     PR75    75          1,5х       50          
К5     PR90    90          1,5х       60          
К5     PR100   100         1,5х       66          
К5     PR120   90          1,5х       60          
К5      PR133   100         1,5х       66          
К5      PR166   116,7     1,75х     66          
Кб      PR166   166         2,5х       66          
Кб      PR200   200         Зх         66          
Кб      PR233   233         3,5х       66          
Кб      PR266   266         4х         66          
Кб      PR300   300         4,5х       66          
К6-2    PR233   233         3,5х       66          
К6-2    PR266   266         4х         66          
К6-2    PR300   300         4,5х       66          
К6-2    PR300   300         Зх         100        
К6-2    PR333   333         5х         66          
К6-2    PR333   333         3,5х       95          
К6-2    PR350   350         3,5х       100        
К6-2    PR366   366         5,5х       66          
К6-2    PR380   380         4х         95          
К6-2    PR400   400         6х         66          
К6-2    PR400   400         4х         100        
К6-2    PR450   450         4,5х       100        
К6-2    PR475   475         5х         95          
К6-2    PR500   500         5х         100        
К6-2    PR533   533         5,5х       97          
К6-2    PR550   550         5,5х       100        
К6-3    PR400   400         4х         100        
К6-3    PR450   450         4,5х       100        
Athlon  PR500   500         5х         100        
Athlon  PR550   550         5,5х       100        
Athlon  PR600   600         6х         100        
Athlon  PR650   650         6,5х       100        
Athlon  PR700   700         7х         100        
Athlon  PR750   750         7,5х       100        
Athlon  PR800   800         8х         100        
Athlon  PR850   850         8,5х       100        
Athlon  PR900   900         9х         100        
Athlon  PR950   950         9,5х       100        
Athlon  PR1000 1000       10х        100        
----------------------------------------------------------------------------

Обратите внимание, что в процессорах семейства Athlon шина North Bridge реально работает на удвоенной частоте системной платы (200 МГц).

Шина данных

Одной из самых общих характеристик процессора является разрядность его шины данных и шины адреса. Шина — это набор соединений, по которым передаются различные сигналы. Представьте себе пару проводов, проложенных из одного конца здания в другой. Если вы подсоедините к этим проводам генератор напряжения в 220 В, а вдоль линии расставите розетки, то получится шина. Независимо от того, в какую розетку будет вставлена вилка, вы всегда получите один и тот же сигнал, в данном случае — 220 В переменного тока. Любую линию передачи (или среду для передачи сигналов), имеющую более одного вывода, можно назвать шиной. В обычном компьютере есть несколько внутренних и внешних шин, а в каждом процессоре — две основные шины для передачи данных и адресов памяти: шина данных и шина адреса.

Когда говорят о шине процессора, чаще всего имеют в виду шину данных, представленную как набор соединений (или выводов) для передачи или приема данных. Чем больше сигналов одновременно поступает на шину, тем больше данных передается по ней за определенный интервал времени и тем быстрее она работает. Разрядность шины данных подобна количеству полос движения на скоростной автомагистрали; точно так же, как увеличение количества полос позволяет увеличить поток машин по трассе, увеличение разрядности позволяет повысить производительность.

Данные в компьютере передаются в виде цифр через одинаковые промежутки времени. Для передачи единичного бита данных в определенный временной интервал посылается сигнал напряжения высокого уровня (около 5 В), а для передачи нулевого бита данных — сигнал напряжения низкого уровня (около 0 В). Чем больше линий, тем больше битов можно передать за одно и то же время. В процессорах 286 и 386SX для передачи и приема двоичных данных используется 16 соединений, поэтому у них шина данных считается 16-разрядной. У 32-разрядного процессора, например 486 или 386DX, таких соединений вдвое больше, по­этому за единицу времени он передает вдвое больше данных, чем 16-разрядный. Современные процессоры типа Pentium имеют 64-разрядные внешние шины данных. Это означает, что процессоры Pentium, включая оригинальный Pentium, Pentium Pro и Pentium II, могут передавать в системную память (или получать из нее) одновременно 64 бита данных.

Представим себе, что шина — это автомагистраль с движущимися по ней автомобилями. Если автомагистраль имеет всего по одной полосе движения в каждую сторону, то по ней в одном направлении в определенный момент времени может проехать только одна машина.

Если вы хотите увеличить пропускную способность дороги, например, вдвое, вам придется ее расширить, добавив еще по одной полосе движения в каждом направлении. Таким образом, 8-разрядную микросхему можно представить в виде однополосной автомагистрали, поскольку в каждый момент времени по ней проходит только один байт данных (один байт равен восьми битам). Аналогично, 32-разрядная шина данных может передавать одновременно четыре байта информации, а 64-разрядная подобна скоростной автостраде с восемью полосами движения!

Автомагистраль характеризуется количеством полос движения, а процессор — разрядностью его шины данных. Если в руководстве или техническом описании говорится о 32- или 64-разрядном компьютере, то обычно имеется в виду разрядность шины данных процессора. По ней можно приблизительно оценить производительность процессора, а значит, и всего компьютера.

Разрядность шины данных процессора определяет также разрядность банка памяти. Это означает, что 32-разрядный процессор, например класса 486, считывает из памяти или записывает в память 32 бита одновременно. Процессоры класса Pentium, включая Pentium Ш и Celeron, считывают из памяти или записывают в память 64 бита одновременно. Поскольку стандартные 72-контактные модули памяти SIMM имеют разрядность, равную всего лишь 32, в большинстве систем класса 486 устанавливают по одному модулю, а в большинстве систем класса Pentium — по два модуля одновременно. Разрядность модулей памяти DIMM равна 64, поэтому в системах класса Pentium устанавливают по одному модулю, что облегчает процесс конфигурирования системы, так как эти модули можно устанавливать или удалять по одному. Каждый модуль DIMM имеет такую же производительность, как и целый банк памяти в системах Pentium.

Внутренние регистры

Количество битов данных, которые может обработать процессор за один прием, характеризуется разрядностью внутренних регистров. Регистр — это, по существу, ячейка памяти внутри процессора; например, процессор может складывать числа, записанные в двух различных регистрах, а результат сохранять в третьем регистре. Разрядность регистра определяет количество разрядов обрабатываемых процессором данных. Разрядность регистра также определяет характеристики программного обеспечения и команд, выполняемых чипом. Например, процессоры с 32-разрядными внутренними регистрами могут выполнять 32-разрядные команды, которые обрабатывают данные 32-разрядными порциями, а процессоры с 16-разрядными регистрами этого делать не могут. Во всех современных процессорах внутренние регистры являются 32-разрядными.

В некоторых процессорах разрядность внутренней шины данных (а шина состоит из линий передачи данных и регистров!) больше, чем разрядность внешней. Так, например, в процессорах 8088 и 386SX разрядность внутренней шины только вдвое больше разрядности внешней шины. Такие процессоры (их часто называют половинчатыми или гибридными) обычно являются более дешевыми вариантами исходных. Например, в процессоре 386SX внутренние операции 32-разрядные, а связь с внешним миром осуществляется через 16-разрядную внешнюю шину. Это позволяет разработчикам проектировать относительно дешевые системные платы с 16-разрядной шиной данных, сохраняя при этом совместимость с 32-разрядным процессором 386.

Если разрядность внутренних регистров больше разрядности внешней шины данных, то для их полной загрузки необходимо несколько циклов считывания. Например, в процессорах 386DX и 386SX внутренние регистры 32-разрядные, но процессору 386SX для их загрузки необходимо выполнить два цикла считывания, а процессору 386DX достаточно одного. Ана­логично передаются данные от регистров к системной шине.

В процессорах Pentium шина данных 64-разрядная, а регистры 32-разрядные. Такое построение на первый взгляд кажется странным, если не учитывать, что в этом процессоре для обработки информации служат два 32-разрядных параллельных конвейера. Pentium во мно­гом подобен двум 32-разрядным процессорам, объединенным в одном корпусе, а 64-разрядная шина данных позволяет быстрее заполнить рабочие регистры. Архитектура процессора с несколькими конвейерами называется суперскалярной.

Современные процессоры шестого поколения, например Pentium Pro и Pentium II/III, имеют целых шесть внутренних конвейеров для выполняющихся команд. Хотя некоторые из указанных внутренних конвейеров специализированы (т.е. предназначены для выполнения специальных функций), эти процессоры могут все же выполнять три команды за один цикл.

Шина адреса

Шина адреса представляет собой набор проводников; по ним передается адрес ячейки памяти, в которую или из которой пересылаются данные. Как и в шине данных, по каждому проводнику передается один бит адреса, соответствующий одной цифре в адресе. Увеличение количества проводников (разрядов), используемых для формирования адреса, позволяет увеличить количество адресуемых ячеек. Разрядность шины адреса определяет максимальный объем памяти, адресуемой процессором.

Представьте себе следующее. Если шина данных сравнивалась с автострадой, а ее разрядность — с количеством полос движения, то тину адреса можно ассоциировать с нумерацией домов или улиц. Количество линий в шине эквивалентно количеству цифр в номере дома. Например, если на какой-то гипотетической улице номера домов не могут состоять более чем из двух цифр (десятичных), то количество домов на ней не может быть больше ста (от 00 до 99), т.е. 102 . При трехзначных номерах количество возможных адресов возрастает до 10 (от 000 до 999) и т.д.

В компьютерах применяется двоичная система счисления, поэтому при двухразрядной адресации можно выбрать только четыре ячейки (с адресами 00, 01, 10 и 11), т.е. 22 , при трехразрядной — восемь (от 000 до 111), т.е. 23. Например, в процессорах 8086 и 8088 используется 20-разрядная шина адреса, поэтому они могут адресовать 220 (1 048 576) байт, или 1 Мбайт, памяти.

Объем памяти, адресуемой процессорами фирмы Intel

  ------------------------------------------------------------------------
Тип процессора     Разрядность шины Байт     Кбайт     Мбайт   Гбайт
адреса
------------------------------------------------------------------------
8088/8086                 20        1048576      1024       1        -
286/386SX                 24        16777216     16384      16       -
386DX/486/IOiacc P5       32        4294967296   4194304    4096     4
Класс Р6                  36        68719476736  67108864   65536   64
------------------------------------------------------------------------

Шины данных и адреса независимы, и разработчики микросхем выбирают их разрядность по своему усмотрению, но, чем больше разрядов в шине данных, тем больше их и в шине адреса. Разрядность этих шин является показателем возможностей процессора: количество разрядов в шине данных определяет способность процессора обмениваться информацией, а разрядность шины адреса — объем памяти, с которым он может работать.

Кэш-память первого уровня

Во всех процессорах, начиная с 486-го, имеется встроенный (первого уровня) кэш-контроллер с кэш-памятью объемом 8 Кбайт в процессорах 486DX, а также 32, 64 Кбайт и более в современных моделях. Кэш — это быстродействующая память, предназначенная для временного хранения программного кода и данных. Обращения к встроенной кэш-памяти происходят без состояний ожидания, поскольку ее быстродействие соответствует возможностям процессора, т.е. кэш-память первого уровня (или встроенный кэш) работает на частоте процессора. Благодаря этому обмен данными с относительно медленной системной памятью значительно ускоряется. Процессору не нужно ждать, пока очередная порция программного кода или данных поступит из основной области памяти, а это приводит к ощутимому повышению производительности компьютера. При отсутствии кэш-памяти такие паузы возникали бы довольно часто.

В современных процессорах встроенный кэш играет еще более важную роль, потому что он часто является единственным типом памяти во всей системе, который может работать синхронно с процессором. В большинстве современных процессоров используется множитель тактовой частоты, следовательно, они работают на частоте, в несколько раз превышающей тактовую частоту системной платы, к которой они подключены. Например, тактовая частота (1 ГГц), на которой работает процессор Pentium III, в семь с половиной раз превышает тактовую частоту системной платы, равную 133 МГц. Поскольку оперативная память подключена к системной плате, она также может работать только на тактовой частоте, не превышающей 133 МГц. В такой сис­теме из всех видов памяти только встроенный кэш может работать на тактовой частоте 1 ГГц. Рассмотренный в этом примере процессор Pentium Ш на 1 ГГц имеет встроенный кэш общим объемом 32 Кбайт (в двух отдельных блоках по 16 Кбайт).

Если необходимые данные во встроенном кэше отсутствуют, процессор обращается за ними в кэш-память второго уровня или непосредственно к системной шине.

Кэш-память второго уровня

Когда в кэш-памяти первого уровня данные отсутствуют, на сцену выходит кэш-память второго уровня.

Используя аналогию с обедом, можно сказать, что кэш-память второго уровня представляет собой тележку официанта, на которой находятся наиболее часто заказываемые блюда. Для того чтобы получить одно из них, потребуется 15 с. В системах на базе процессора Pentium (Socket 7) кэш-память второго уровня работает на частоте системной платы — 66 МГц (15 не). Теперь, вместо того чтобы обращаться за необходимым блюдом на кухню (время ожидания 60 с), его можно взять с тележки (время ожидания 15 с). Эффект налицо!

Наличие двух типов кэш-памяти приводит к тому, что 90% времени данные извлекаются из кэш-памяти первого уровня (система работает на максимальной частоте; в рассматриваемом примере — 233 МГц), а 10% — из кэш-памяти второго уровня (система работает на частоте системной платы; в рассматриваемом примере — 66 МГц), т.е. для увеличения производительности системы в первую очередь необходимо увеличить объем кэш-памяти второго уровня.

В процессорах Pentium (P5) кэш-память второго уровня располагается на системной плате и работает на ее частоте. Существенное повышение производительности процессоров произошло после переноса этой кэш-памяти с системной платы в процессор, т.е. ее рабочая частота сравнялась с частотой процессора. Вначале кэш-память и ядро процессора располагались на одном чипе, что влекло за собой существенное удорожание производства. Начиная с процессоров Pentium II корпорация Intel стала приобретать микросхемы кэш-памяти у сторонних производителей (Sony, Toshiba, NEC, Samsung и т.д.) и монтировать микросхему процессора и микросхемы кэш-памяти на плате, что повлекло изменение корпуса процессоров (а следовательно, и разъемов).

Рабочая частота самых производительных микросхем кэш-памяти составляет 333 МГц. Именно поэтому в старших моделях процессоров Pentium II и первых Pentium Ш кэш-память работает на половинной частоте процессора. А в некоторых моделях Athlon кэш-память вто­рого уровня работает на частоте, составляющей 2/5 или V3 частоты ядра.

Для преодоления этого барьера, начиная с процессоров Celeron 300A, не используются внешние микросхемы кэш-памяти второго уровня. Эта память интегрирована с процессором и работает на той же частоте, что повышает производительность системы. В новых процессорах Athlon и Duron кэш-память второго уровня также интегрирована с ядром и работает на той же частоте. Такое конструктивное решение корпуса процессора повлекло за собой изменения разъема.

Теперь рассмотрим аналогию с кафе на примере современного процессора PentiumШ 1 ГГц (цикл 1 нс). Кэш-память первого уровня работает на этой же частоте, . Такая современная система 99% времени работает на частоте 1 ГГц (благодаря высокой производительности всей кэш-памяти) и лишь 1% времени на медленной частоте системной платы. Принимая во внимание, что в современных системах основная память работает на частоте 133 МГц (7,5 нс) ждать блюда из кухни кафе вам придется всего лишь 7,5 с.

Организация работы кэш-памяти

Чтобы понять, как работает кэш, рассмотрим следующий пример. В простейшем случае кэш состоит из одного блока, в который можно загрузить содержимое соответствующего блока основной памяти. Это похоже на закладку, используемую для того, чтобы отметить нужную страницу в книге. Если основная память — это вся книга, то по закладке можно определить, какая страница находится в кэше. Но этого бывает достаточно только в том случае, если все необходимые данные находятся на странице, отмеченной закладкой. Если же вам нужно вернуться к одной из уже прочитанных страниц, то закладка будет бесполезной.

Можно воспользоваться несколькими закладками (выписками), отмечая сразу несколько мест в книге. При этом, конечно, усложняется схема процессора, но зато можно проверить сразу несколько закладок. Каждая дополнительная закладка усложняет систему, но вероятность того, что нужная страница уже отмечена (выписана), повышается.

Если ограничиться четырьмя отметками-выписками, то можно получить четырехстраничный кэш. Вся кэш-память разбивается на четыре блока, в каждом из которых хранятся копии различных фрагментов основной памяти. Хорошим примером работы процессора сразу с несколькими областями памяти является использование многозадачной операционной системы Windows. Здесь четырехстраничный кэш значительно повышает производительность процессора. Содержимое кэша всегда должно соответствовать содержимому основной памяти, чтобы процессор работал с самыми свежими данными. Поэтому в семействе процессоров 486 используется кэш со сквозной записью (write-through), при которой данные, записанные в кэш, автоматически записываются и в основную память.

В процессорах Pentium используется двунаправленный кэш (write-back), который работает при выполнении как операций считывания, так и операций записи. Это позволяет еще больше повысить производительность процессора. Хотя встроенный кэш в процессоре 486 используется только при чтении, внешний кэш в системе может быть двунаправленным. Кроме того, в процессорах 486 предусмотрен дополнительный 4-байтовый буфер, в котором можно хранить данные вплоть до передачи в память. Это необходимо в том случае, если шина памяти занята. Одной из функций встроенного кэш-контроллера является отслеживание состояния системной шины при передаче управления шиной другому устройству. Если устройство, управляющее шиной, записывает что-либо в область памяти, копия которой хранится во встроенном кэше, содержимое кэша перестает соответствовать содержимому основной памяти. В этом случае кэш-контроллер отмечает эти данные как ошибочные и при следующем обращении процессора к памяти обновляет содержимое кэша, поддерживая целостность системы. Внешний кэш (второго уровня) представляет собой быстродействующую статическую память, которая также позволяет сократить время простоя процессора при обращениях к системной памяти. Внешний кэш работает так же, как и встроенный: он хранит информацию, передаваемую в процессор, сокращая потери на ожидание. Время выборки данных из микросхем внешнего кэша обычно не превышает 15 не, что значительно меньше, чем у основной памяти.

Вторичный кэш для процессоров Pentium находится на системной плате, а для процессоров Pentium Pro и Pentium II — внутри корпуса процессора. Переместив вторичный кэш в процессор, можно заставить его работать с тактовой частотой, более высокой, чем у системной платы, — такой же, как и у самого процессора. При увеличении тактовой частоты время цикла уменьшается. Для большинства модулей памяти SIMM, используемых сегодня в Pentium и более ранних системах, время цикла должно быть не менее 60 не, что приблизительно соответствует тактовой частоте 16 МГц! На сегодняшний день стандартная тактовая частота системной платы равна 66, 100 или 133 МГц, но некоторые процессоры работают на тактовой частоте 600 МГц или выше. В более новых системах не используется кэш на системной плате, поскольку быстрые модули SDRAM или RDRAM, применяемые в современных системах Pentium II/Celeron/III, могут работать на тактовой частоте системной платы. В табл. 3.11 приведены необходимый объем кэша, а также функции, выполняемые встроенным (первого уровня) и внешним (второго уровня) кэшем в современных системах.

Итак, два уровня кэша между быстрым центральным процессором и значительно более медленной оперативной памятью помогают сократить время ожидания, которое потребовалось бы процессору для считывания и записи данных в оперативную память. Именно благодаря кэш-памяти процессор может работать с быстродействием, приближенным к истинному.

Режимы процессора

Все 32-разрядные и более поздние процессоры Intel, начиная с 386-го, могут выполнять программы в нескольких режимах. Режимы процессора предназначены для выполнения программ в различных средах; в разных режимах возможности чипа неодинаковы, потому что команды выполняются по-разному. В зависимости от режима процессора изменяется схема управления памятью системы и задачами. Процессоры могут работать в трех режимах: реальном, защищенном и виртуальном реальном режиме (реальном внутри защищенного).

Реальный режим

В первоначальном IBM PC использовался процессор 8088, который мог выполнять 16-разрядные команды, применяя 16-разрядные внутренние регистры, а адресовать только 1 Мбайт памяти, используя 20 разрядов для адреса. Все программное обеспечение PC первоначально было предназначено для этого процессора; оно было разработано на основе 16-разрядной системы команд и модели памяти объемом 1 Мбайт. Например, DOS, все программное обеспечение DOS, Windows от 1.x до 3.x и все приложения для Windows от 1.x до 3.x написаны в расчете на 16-разрядные команды. Эти 16-разрядные операционные системы и приложения были разработаны для выполнения на первоначальном процессоре 8088.

Более поздние процессоры, например 286, могли также выполнять те же самые 16-разрядные команды, что и первоначальный 8088, но намного быстрее. Другими словами, процессор 286 был полностью совместим с первоначальным 8088 и мог выполнять все 16-разрядные программы точно так же, как 8088, но, конечно же, значительно быстрее. Шестнадцатиразрядный режим, в котором выполнялись команды процессоров 8088 и 286, был назван реальным режимом. Все программы, выполняющиеся в реальном режиме, должны использовать только 16-разрядные команды, 20-разрядные адреса и поддерживаться архитектурой памяти, рассчитанной на емкость до 1 Мбайта. Для программного обеспечения этого типа обычно используется однозадачный режим, т.е. одновременно может выполняться только одна программа. Нет никакой встроенной защиты для предотвращения перезаписи ячеек памяти одной программы или даже операционной системы другой программой; это означает, что при выполнении нескольких программ вполне могут быть испорчены данные или код одной из них, а это может привести всю систему к краху (или останову).

Защищенный режим

Первым 32-разрядным процессором, предназначенным для PC, был 386-й. Этот чип мог выполнять абсолютно новую 32-разрядную систему команд. Чтобы полностью использовать преимущество 32-разрядной системы команд, были необходимы 32-разрядная операционная система и 32-разрядные приложения. Этот новый режим назывался защищенным, так как выполняющиеся в нем программы защищены от перезаписи своих областей памяти другими программами. Такая защита делает систему более надежной, поскольку ни одна программа с ошибками уже не сможет так легко повредить другие программы или операционную систему. Кроме того, программу, "потерпевшую крах", можно довольно просто завершить без ущерба для всей системы.

Зная, что разработка новых операционных систем и приложений, использующих преимущества 32-разрядного защищенного режима, займет некоторое время, Intel предусмотрела в процессоре 386 обратно совместимый реальный режим. Благодаря этому процессор 386 мог выполнять немодифицированные 16-разрядные операционные системы и приложения. Причем они выполнялись намного быстрее, чем на любом процессоре предыдущего поколения. Для большинства пользователей этого было достаточно; им не требовалось все 32-разрядное программное обеспечение — достаточно было того, чтобы имевшиеся у них 16-разрядные программы работали быстрее. К сожалению, из-за этого процессор никогда не работал в 32-разрядном защищенном режиме, и все возможности такого режима не использовались.

Когда высокопроизводительный процессор, подобный Pentium III, работает в реальном режиме, он напоминает "Turbo 8088". Слово “Turbo" означает, что процессор имеет преимущество в быстродействии при выполнении 16-разрядных программ; хотя он может выполнять только 16-разрядные команды и обращаться к памяти в пределах все того же 1 Мбайт, предусмотренного картой памяти процессора 8088. Поэтому, даже если у вас система с Pentium III и оперативной памятью емкостью 128 Мбайт, при выполнении Windows 3.x или DOS в дей­ствительности используется только первый мегабайт памяти, а остальные 127 практически не применяются.

Поэтому были необходимы новые операционные системы и приложения, которые бы выполнились на современных процессорах в 32-разрядном защищенном режиме. Однако некоторые пользователи поначалу сопротивлялись всяческим попыткам перехода к 32-разрядной среде.

Из-за этого сопротивления 32-разрядные операционные системы типа UNIX, OS/2 и даже Windows NT вначале очень вяло продвигались на рынке PC. Из всех перечисленных систем только Windows NT, вероятно, была близка к коммерческому успеху, да и то благодаря огромной популярности семейства операционных систем Windows 9x. Последней полностью 16-разрядной операционной системой была Windows 3.x. Правда, на самом деле она не была полной операционной системой, а выполнялась как надстройка над DOS.

В Microsoft поняли, насколько упрямы пользователи компьютеров, и разработали Windows 95 как промежуточную систему для перехода в 32-разрядный мир. Windows 95 — в основном 32-разрядная операционная система, но в ней можно выполнять старые 16-разрядные приложения. Windows 95 появилась в августе 1995 года, т.е. через 10 лет после появления первого 32-разрядного процессора для PC. Потребовалось "всего лишь" 10 лет, чтобы внедрить программное обеспечение, которое может полностью использовать процессоры!

Виртуальный реальный режим

Для обратной совместимости 32-разрядная система Windows 9x использует третий режим в процессоре — виртуальный реальный режим. Виртуальный реальный, по существу, является режимом выполнения 16-разрядной среды (реальный режим), которое реализовано внутри 32-разрядного защищенного режима (т.е. виртуально, а не реально). Выполняя команды в окне подсказки DOS внутри Windows 95/98, вы создаете виртуальный сеанс реального режима. Поскольку защищенный режим является подлинно многозадачным, фактически можно выполнять несколько сеансов реального режима, причем в каждом сеансе собственное программное обеспечение выполняется на виртуальном компьютере. И все эти приложения могут выполняться одновременно, даже во время выполнения других 32-разрядных программ.

Обратите внимание, что любая программа, выполняющаяся в виртуальном окне реального режима, может обращаться только к памяти объемом до 1 Мбайт, причем для каждой такой программы это будет первый и единственный мегабайт памяти в системе. Другими словами, если вы выполняете приложение DOS в виртуальном реальном окне, ему будет доступна память только объемом до 640 Кбайт. Так происходит потому, что имеется только 1 Мбайт общей оперативной памяти в 16-разрядной среде, а верхние 384 Кбайт зарезервированы для системы. Виртуальное реальное окно полностью имитирует среду процессора 8088, и, если не учитывать быстродействие, программное обеспечение будет выполняться так, как оно выполнялось первым PC в реальном режиме. Каждая виртуальная машина получает собственный 1 Мбайт адресного пространства и собственный экземпляр реальных аппаратных подпрограмм управления аппаратурой (базовую систему ввода-вывода), причем при этом эмулируются все регистры и возможности реального режима.

Виртуальный реальный режим используется при выполнении программ в окне DOS, a также при выполнении 16-разрядных программ, написанных для DOS или Windows 3.x, в Windows 95/98. При запуске приложения DOS операционная система Windows 9x создает виртуальную машину DOS, на которой это приложение может выполняться.

Важно обратить внимание, что все процессоры Intel (а также Intel-совместимые AMD и Cyrix) при включении питания начинают работать в реальном режиме. При загрузке 32-разрядная операционная система автоматически переключает процессор в 32-разрядный режим и управляет им в этом режиме. Некоторые приложения DOS и Windows 3.x ведут себя непредусмотренным образом, т.е. делают вещи, которые не поддерживаются даже в виртуальном реальном режиме. Диагностическое программное обеспечение — прекрасный тому пример: оно не будет корректно работать в окне реального режима (виртуального реального) под управлением Windows 95/98 или NT. Что­бы на Pentium II запустить такое программное обеспечение в первоначальном упрощенном режиме, необходимо прервать процесс начальной загрузки системы и просто загрузить DOS. Это можно выполнить в Windows 95/98, нажимая клавишу [F8], когда на экране появляется подсказка Starting Windows.... Затем, когда появится загрузочное меню, в нем нужно выбрать команду загрузки простой 16-разрядной операционной системы реального режима DOS. Лучше всего выбрать Safe mode command prompt, если вы собираетесь использовать диагностические процедуры (обычно не выполняемые в защищенном режиме), которые должны быть запущены с минимумом драйверов и другого программного обеспечения.

Обратите внимание, что выполнить загрузку DOS можно даже и в самой современной операционной системе Windows Me. Для запуска компьютера в этом режиме с операционной системой Windows NT/2000 необходимо использовать загрузочный диск.

Хотя реальный режим используется DOS и "стандартными" приложениями DOS, есть специальные программы, которые "расширяют" DOS и позволяют доступ к дополнительной памяти XMS (сверх 1 Мбайт). Они иногда называются расширителями DOS и обычно включаются как часть программного обеспечения DOS или Windows 3.x, в котором используются. Протокол, описывающий, как выполнять DOS в защищенном режиме, называется DPMI (DOS protected mode interface — интерфейс защищенного режима DOS). DPMI использовался в Windows 3.x для обращения к дополнительной памяти XMS при работе приложений для Windows 3.x. Этот протокол разрешал 16-разрядным приложениям использовать память, превышающую 1 Мбайт. Расширители DOS особенно часто применяются в играх DOS; именно благодаря им игровая программа может использовать намного больший объем памяти, чем стандартный (1 Мбайт), к которому может адресоваться большинство программ, работающих в реальном режиме. Эти расширители DOS переключают процессор в реальный режим и обратно, а в случае запуска под управлением Windows применяют интерфейс DPMI, встроенный в Windows, и тем самым позволяют другим программам совместно использовать часть дополнительной памяти XMS системы.

Есть еще одно исключение — первые 64 Кбайт дополнительной памяти в реальном режиме доступны программам. Это результат ошибки в первом компьютере IBM AT, связанной с 21-й линией адреса памяти (A20, поскольку A0 — первая строка адреса). Управляя сигналом на линии A20, программное обеспечение реального режима может получать доступ к первым 64 Кбайт дополнительной памяти — это первые 64 Кбайт памяти, следующие за первым мегабайтом. Эта область памяти называется областью верхних адресов памяти (high memory area — HMA).

SMM

Задавшись целью создания все более быстрых и мощных процессоров для портативных компьютеров, Intel разработала схему управления питанием. Эта схема дает возможность процессорам экономно использовать энергию батареи и таким образом продлить срок ее службы. Такая возможность впервые была реализована фирмой Intel в процессоре 486SL, который является усовершенствованной версией процессора 486DX. Впоследствии, когда возможности управления питанием стали более универсальными, их начали встраивать в Pentium и во все процессоры более поздних поколений. Система управления питанием процессоров называется SMM (System Management Mode — режим управления системой).

SMM физически интегрирована в процессор, но функционирует независимо. Благодаря этому она может управлять потреблением мощности, в зависимости от уровня активности процессора. Это позволяет пользователю определять интервалы времени, по истечении кото­рых процессор будет частично или полностью выключен. Данная схема также поддерживает возможность приостановки/возобновления, которая позволяет мгновенно включать и отключать мощность, что обычно используется в портативных компьютерах. Соответствующие па­раметры устанавливаются в BIOS.

Суперскалярное выполнение

В процессорах Pentium пятого и последующих поколений встроен ряд внутренних кон­вейеров, которые могут выполнять несколько команд одновременно. Процессор 486 и все предшествующие в течение определенного отрезка времени могли выполнять только одну команду. Технология одновременного выполнения нескольких команд называется суперскалярной. Благодаря использованию данной технологии и обеспечивается дополнительная эффективность по сравнению с процессором 486.

Суперскалярная архитектура обычно ассоциируется с микросхемами RISC (Reduced Instruction Set Computer — компьютер с упрощенной системой команд). Процессор Pentium — одна из первых микросхем CISC (Complex Instruction Set Computer — компьютер со сложной системой команд), в которой применяется суперскалярная технология, реализованная во всех процессорах пятого и последующих поколений.

Технология ММХ

В зависимости от контекста MMX может означать multi-media extensions (мультимедийные расширения) или matrix math extensions (матричные математические расширения). Технология MMX использовалась в старших моделях процессоров Pentium пятого поколения в качестве расширения, благодаря которому ускоряется компрессия/декомпрессия видеоданных, манипулирование изображением, шифрование и выполнение операций ввода-вывода — почти все операции, используемые во многих современных программах.

В архитектуре процессоров MMX есть два основных усовершенствования. Первое, фундаментальное, состоит в том, что все микросхемы MMX имеют больший внутренний встроенный кэш, чем их собратья, не использующие эту технологию. Это повышает эффективность выполнения каждой программы и всего программного обеспечения независимо от того, использует ли оно фактически команды MMX. Другое усовершенствование MMX состоит в расширении набора команд процессора 57 новыми командами, а также во введении новой возможности выполнения команд, называемой одиночный поток команд — множественный поток данных (Single Instruction — Multiple Data, SIMD).

В современных мультимедийных и сетевых приложениях часто используются циклы; хотя они занимают около 10% (или даже меньше) объема полного кода приложения, на их выполнение может уйти до 90% общего времени выполнения. SIMD позволяет одной команде осуществлять одну и ту же операцию над несколькими данными, подобно тому как преподаватель, читая лекцию, обращается ко всей аудитории, а не к каждому студенту в отдельности. Технология SIMD позволяет ускорить выполнение циклов при обработке видео-, аудио-, графических и анимационных файлов; в противном случае эти циклы отнимали бы время у процессора.

Intel также добавила 57 новых команд, специально разработанных для более эффективной обработки видео-, звуковых и графических данных. Эти команды предназначены для выполнения с высокой степенью параллелизма последовательностей, которые часто встречаются при работе мультимедийных программ. Высокая степень параллелизма в данном случае означает, что одни и те же алгоритмы применяются ко многим данным, например к данным в различных точках при изменении графического изображения.

Такие фирмы, как AMD и Cyrix, лицензировали у Intel технологию MMX и реализовали ее в собственных процессорах.

Инструкции SSE

Процессор Pentium III, выпущенный в феврале 1999 года, содержит обновления технологии MMX, которые называются SSE (Streaming SIMD Extensions — потоковые расширения SIMD). Они содержат 70 новых инструкций для работы с графикой и звуком в дополнение к существующим командам MMX. Инструкции SSE подобны инструкциям MMX и предварительно назывались MMX-2. Операции с плавающей точкой SSE реализованы в виде отдельного модуля в процессоре.

Новые инструкции SSE позволяют более эффективно работать с трехмерной графикой, потоками аудио- и видеоданных, приложениями распознавания речи. SSE обеспечивают следующие преимущества:

более высокое разрешение и лучшее качество при просмотре и редактировании изо­бражений;

лучшее качество воспроизведения аудио- и видеофайлов в формате MPEG2;

меньшая загрузка процессора при работе приложений распознавания речи. Обратите внимание, что наилучший результат при использовании новых инструкций процессора обеспечивается только при их поддержке на уровне приложений. Поддержка инструкций SSE встроена в DirectX 6.1 и самые последние видео- и аудиодрайверы, поставляемые с операционными системами Windows 98 Second Edition, Windows Me, Windows NT 4.0 (с па­кетом обновления 5 или более поздним), а также Windows 2000.

3DNow и Enhanced 3DNow

Технология 3DNow разработана фирмой AMD в ответ на реализацию поддержки инструкций SSE в процессорах Intel. Впервые (май 1998 года) 3DNow реализована в процессорах AMD K6, а дальнейшее развитие — Enhanced 3DNow — эта технология получила в процессорах Athlon и Duron. Аналогично SSE, технологии 3DNow и Enhanced 3DNow предназначены для ускорения обработки трехмерной графики, мультимедиа и других интенсивных вычислений чисел с плавающей точкой.

3DNow представляет собой набор из 21 инструкции SIMD, которые оперируют массивом данных в виде единичного элемента. В Enhanced 3DNow к существующим добавлены еще 24 новых инструкции. Технологии обработки данных 3DNow и Enhanced 3DNow хоть и подобны SSE, но несовместимы на уровне инструкций, поэтому производителям программного обеспечения необходимо отдельно реализовать поддержку этих технологий.

Все технологии ускорения обработки данных фирм Intel и AMD реализованы на уровне операционных систем Windows 9x и Windows NT/2000. Кроме этого, все программные интерфейсы DirectX (с версии 6) фирмы Microsoft и Open GL фирмы SGI оптимизированы для технологии 3DNow, а практически все современные видеодрайверы 3Dfx, ATI, Matrox и nVidia поддерживают 3DNow и Enhanced 3DNow.

Динамическое выполнение

Этот метод сначала использовался в процессорах шестого поколения (P6). Динамическое выполнение представляет собой "творческую" комбинацию трех методов обработки данных в процессоре, таких как предсказание множественного перехода (ветвления), анализ потока команд и упреждающее выполнение. При динамическом выполнении более эффективно обрабатываются данные в процессоре, поскольку при этом учитывается логическая последова­тельность, а не просто обрабатывается поток команд.

Способ написания программы значительно влияет на эффективность процессора. Например, неблагоприятное воздействие могут оказать частые прерывания выполняемых процессором операций и переходы (ветвления) к меткам в других местах программы. Задержки также происходят, когда процессор не может обрабатывать новую команду, пока не завершена текущая инструкция. Динамическое выполнение позволяет процессору не только динамически предсказывать порядок выполнения команд, но и при необходимости выполнять их внутри арифметико-логического устройства в другом порядке для повышения быстродействия. Динамическое выполнение — один из отличительных признаков всех процессоров шестого поколения.

Предсказание множественного перехода (ветвления)

С помощью этого метода можно выяснить, каким будет поток управления программы через несколько команд ветвления. При использовании специального алгоритма процессор может предсказать переходы или ветвления в потоке команд. Это применяется для чтения следующих команд из памяти с вероятностью не менее 90%. Это возможно потому, что во время выборки команд процессор просматривает также и те команды, которые следуют далее в программе, т.е. несколько "забегает" вперед.

Анализ потока команд

Это средство анализирует и планирует выполнение команд в оптимальной последовательности, независимо от их первоначального порядка в программе. Процессор рассматривает декодируемые команды программного обеспечения и определяет, доступны ли они для обработки или же зависят от других команд, которые следует выполнить предварительно. Затем процессор определяет оптимальную последовательность обработки и выполняет команды наиболее эффективным способом.

Упреждающее выполнение

Этот метод повышает эффективность с помощью опережающего просмотра счетчика команд и выполнения тех из них, к которым, вероятно, потребуется обратиться позже. Поскольку обработка команд программного обеспечения основана на предсказании ветвлений, результаты сохраняются в пуле (накопителе) и могут быть использованы в дальнейшем. Если в результате обработки потока команд окажется, что они должны быть выполнены, то уже завершенные команды пропускаются, а их результаты записываются в основные регистры процессора в первоначальном порядке выполнения команд программы. Эта методика, по существу, позволяет процессору завершать команды заранее, а затем использовать уже вычисленные результаты по мере необходимости.

Архитектура двойной независимой шины

Эта архитектура (Dual Independent Bus — DIB) впервые была реализована в процессоре шестого поколения и предназначалась для увеличения пропускной способности шины процессора и повышения производительности. При наличии двух независимых шин данных для ввода-вывода процессор получает доступ к данным с любой из них одновременно и параллельно, а не последовательно, как в системе с одной шиной. Вторая, или фоновая (backside) входная шина процессора с DIB применяется кэш-памятью второго уровня, поэтому она может работать значительно быстрее, чем в том случае, если бы ей пришлось использовать (совместно с процессором) основную шину.

В архитектуре DIB предусмотрено две шины: шина кэш-памяти второго уровня и шина, соединяющая процессор и основную память, или системная шина. Процессоры Pentium Pro, Celeron, Pentium П/Ш, Athlon и Duron могут использовать обе шины одновременно, благодаря чему снижается критичность такого параметра, как пропускная способность шины.

Для реализации архитектуры DIB кэш-память второго уровня перемещена с системной платы в один корпус с процессором, что позволило приблизить быстродействие кэш-памяти второго уровня к быстродействию встроенной кэш-памяти, которое значительно превосходит быстродействие памяти, помещаемой на системную плату. Чтобы поместить кэш в корпус процессора, понадобилось модифицировать гнездо процессора. В настоящее время существуют следующие процессоры, которые устанавливаются в гнездо типа Socket и поддержива­ют DIB: Pentium Pro (Socket 8), Pentium III/Celeron (Socket 370) и Socket A (Athlon/Duron); в гнездо типа Slot устанавливаются процессоры Pentium II/III/Celeron (Slot 1) и Athlon (Slot A).

DIB также позволяет системой шине выполнять одновременно несколько транзакций (а не одну последовательность транзакций), благодаря чему ускоряется поток информации внутри системы и увеличивается эффективность. Все средства архитектуры DIB повышают пропускную способность почти в три раза по сравнению с процессором, имеющим архитектуру одиночной шины.

Производство процессоров

Основным химическим элементом, используемым при производстве процессоров, является кремний, самый распространенный элемент на земле после кислорода. Это основной компонент, из которого состоит прибрежный песок (кремниевый диоксид); однако в таком виде он недостаточно чист для производства микросхем.

Прежде чем использовать кремний для изготовления микросхем, его очищают, плавят, после чего он кристаллизируется; из этого материала делают большие цилиндрические заготовки. В настоящее время используются заготовки диаметром приблизительно 200 мм и длиной до 1000 мм, весить они могут около 40 кг.

Заготовка вставляется в цилиндр диаметром 200 мм (текущий стандарт), часто с плоской вырезкой на одной стороне для точности позиционирования и обработки. Затем каждая заготовка разрезается алмазной пилой более чем на тысячу круговых подложек толщиной менее миллиметра. После этого подложка полируется до тех пор, пока ее поверхность не станет зеркально гладкой.

В производстве микросхем используется процесс, называемый фотолитографией. Технология этого процесса такова: на полупроводник, служащий основой чипа, один за другим наносятся слои разных материалов; таким образом создаются транзисторы, электронные схемы и проводники (дорожки), по которым распространяются сигналы. В точках пересечения специфических схем можно создать транзистор или переключатель (вентиль).

Фотолитографический процесс начинается с покрытия подложки слоем полупроводника со специальными добавками, затем этот слой покрывается фоторезистивным химическим составом, а после этого изображение микросхемы проектируется на ставшую теперь светочувствительной поверхность. В результате добавления к кремнию (который, естественно, является диэлектриком) донорных примесей получается полупроводник. Проектор использует специальный фотошаблон (маску), который является, по сути, картой данного конкретного слоя микросхемы. (Микросхема процессора Pentium III содержит пять слоев; другие современные процессоры могут иметь шесть или больше слоев. При разработке нового процессора потребуется спроектировать фотошаблон для каждого слоя микросхемы.)

При изготовлении процессоров Pentium Ш 600 МГц и более производительных используется 0,18-микронная технология; при этом площадь микросхемы равна 104 мм , а сторона квадратного кристалла — 10,2 мм. Таким образом, кристалл процессора Pentium Ш имеет те же размеры, что и кристалл Pentium II, но в то же время содержит 28,1 млн транзисторов (для сравнения: Pentium П содержит 7,5 млн транзисторов).

В будущем планируется перейти с 0,18-микронной технологии к 0,13-микронной и увеличить размер подложки с 200 до 300 мм. Это приведет к существенному увеличению количества микросхем на одной подложке и позволит выпускать микросхемы с 200 млн транзисторов. Например, анонсированный в мае 2000 г. процессор Pentium Ш Хеоп с 2 Мбайт встроенного кэша содержит 140 млн транзисторов.

В промышленности наблюдается тенденция к увеличению диаметра подложки: в настоящее время используются подложки диаметром 200 мм, но в недалеком будущем диаметр подложки будет увеличен до 300 мм. А если увеличится площадь поверхности, значит, увеличит­ся и количество изготавливаемых из одной подложки микросхем (порядка 675). Intel и другие производители собираются перейти к использованию подложек диаметром 300 мм уже в 2001 году. При вводе новой поточной линии не все микросхемы на подложке будут годными.

Но по мере совершенствования технологии производства данной микросхемы возрастет и процент годных (работающих) микросхем, который называется выходом годных. В начале выпуска новой продукции выход годных может быть ниже 50%, однако ко времени, когда выпуск продукта данного типа прекращается, он составляет уже 90%. Большинство изготовителей микросхем скрывают реальные цифры выхода годных, поскольку знание фактического отношения годных к бракованным может быть на руку их конкурентам. Если какая-либо компания будет иметь конкретные данные о том, как быстро увеличивается выход годных у конкурентов, она может скорректировать цены на микросхемы или спланировать производство так, чтобы увеличить свою долю рынка в критический момент. Например, в течение 1997 и 1998 годов у AMD был низкий выход годных, и компания утратила значительную долю рынка. Несмотря на то что AMD предпринимала усилия для решения этой проблемы, ей все же пришлось подписать соглашение, в соответствии с которым IBM Microelectronics должна была произвести и поставить AMD некоторые ею же разработанные микропроцессоры.

По завершении обработки подложки специальное устройство проверяет каждую микросхему на ней и отмечает некачественные, которые позже будут отбракованы. Затем микросхемы вырезаются из подложки с помощью высокопроизводительного лазера или алмазной пилы.

После того как кристаллы вырезаны из подложек, каждая микросхема испытывается отдельно, упаковывается и снова проходит тест. Процесс упаковки называется соединением: после того как кристалл помещается в корпус, специальная машина соединяет тонюсенькими золотыми проводами выводы кристалла со штырьками (или контактами) на корпусе микро­схемы. Затем микросхема упаковывается в специальный пакет — контейнер, который, по существу, предохраняет ее от неблагоприятных воздействий внешней среды.

После того как выводы кристалла соединены со штырьками на корпусе микросхемы, а микросхема упакована, выполняется заключительное тестирование, чтобы определить правильность функционирования и номинальное быстродействие.

Разные микросхемы одной и той же серии зачастую обладают различным быстродействием. Специальные тестирующие приборы заставляют каждую микросхему работать в различных условиях (при разных давлениях, температурах и тактовых частотах), определяя значения параметров, при которых прекращается корректное функционирование микросхемы. Параллельно определяется максимальное быстродействие; после этого микросхемы сортируются по быстродействию и распределяются по приемникам: микросхемы с близкими параметрами попадают в один и тот же приемник. Например, микросхемы PentiumШ 750, 866 и 1000 МГц представляют собой одну и ту же микросхему, т.е. все они были напечатаны с одного и того же фотошаблона, кроме того, сделаны они из одной и той же заготовки, но в конце производственного цикла были отсортированы по быстродействию.

Поскольку в процессе производства, естественно, совершенствуется линия по сборке микросхем, процент версий с более высоким быстродействием возрастает. Это означает, что, если на подложке всего 150 микросхем, скорее всего, более 100 из них будут работать с тактовой частотой 1000 МГц и только несколько не будет обладать таким быстродействием. Парадокс состоит в том, что Intel продает намного больше дешевых микросхем, маркированных частотами 933 и 866 МГц. Вероятно, это происходит потому, что процессоры, которые могли бы работать на частоте 1 000 МГц, на основе результатов тестирования автоматически направляются в приемник для процессоров, предназначенных для работы на частотах 933 или 866 МГц. Далее эти микросхемы соответствующим образом маркируются и продаются по более низкой цене. Пользователи, обнаружив, что многие из этих дешевых чипов фактически работают на гораздо более высокой тактовой частоте, чем указанная в маркировке, стали по­вышать частоту, на которой работает процессор. Теория разгона (overclocking) описывает поведение микросхемы на тактовых частотах, превышающих номинальную. Во многих случаях процессор работает без сбоев, поскольку, по сути, эти процессоры были рассчитаны на более высокое быстродействие, просто в их маркировке указана более низкая тактовая частота.

Для того чтобы положить этому конец, Intel и AMD решили встроить защиту от разгона в большинство своих новейших чипов. Это делается в процессе соединения: микросхемы изменяются таким образом, что не могут работать при тактовых частотах, превышающих указанную (в соответствии с которой была установлена их цена). Были изменены схемы, связанные со штырьками частоты шины (Bus Frequency — BF); благодаря этому стало возможным контролировать внутренний множитель, используемый микросхемой. Но даже после этого некоторые пользователи нашли способ повысить тактовую частоту шины системных плат и, невзирая на то что микросхема не по­зволяет устанавливать более высокий множитель, им все же удалось повысить быстродействие.

Я как-то установил процессор 200 МГц Pentium в системе, которая, как предполагалось, должна использовать множитель 3x при тактовой частоте системной платы 66 МГц. Я попробовал изменить множитель, установив его равным 3,5x, а не Зх, но микросхема отказалась работать быстрее; фактически она работала с тем же или даже более низким, чем прежде, быстродействием. Это явный признак внутренней защиты от разгона. Но на моей системной плате был переходник для установки нештатной тактовой частоты 75 МГц; после установки множителя 3x тактовая частота процессора фактически была увеличена до 225 МГц. Система работала быстро и без сбоев. Однако я не рекомендовал бы повышать таким образом тактовую частоту процессора; особенно это касается компьютеров, на которых выполняется ответственная работа. Хотя иногда интересно попробовать: я автомобилист и люблю "разгонять" свой автомобиль!

Корпус PGA

Корпус типа PGA до недавнего времени был самым распространенным. Он использовался начиная с 80-х годов для процессоров 286 и сегодня применяется для процессоров Pentium и Pentium Pro. На нижней части корпуса микросхемы имеется массив штырьков, расположенных в виде решетки. Корпус PGA вставляется в гнездо типа ZIF (Zero Insertion Force — нулевая сила вставки). Гнездо ZIF имеет рычаг для упрощения процедуры установки и удаления чипа. Для большинства процессоров Pentium используется разновидность PGA— SPGA (Staggered Pin Grid Array — шахматная решетка массива штырьков), где штырьки на нижней стороне чипа расположены в шахматном порядке, а не в стандартном — по строкам и столбцам. Это было сделано для того, чтобы разместить штырьки ближе друг к другу и уменьшить занимаемую микросхемой площадь. Обратите внимание, что на верхней половине корпуса Pentium Pro имеются дополнительные штырьки, которые расположены среди других строк и столбцов в шахматном порядке.

Корпуса SEC и SEP

Фактически корпуса всех процессоров, предшествовавших Pentium II/III, проектировались по принципу "каждому чипу — свое гнездо". При проектировании корпуса процессора Pentium П/Ш пришлось отказаться от этого подхода; корпус этой микросхемы относится к типу Single Edge Cartridge (SEC — корпус с односторонним контактом). Процессор и несколько микросхем кэш-памяти второго уровня установлены на маленькой плате (очень похожей на память SIMM, только несколько больших размеров); эта плата запечатана в картридж из металла и пластмассы. Картридж вставляется в разъем системной платы, называемый Slot1, который очень похож на разъем платы адаптера.

Корпус Single Edge Processor (SEP — корпус с одним процессором) является более дешевой разновидностью корпуса SEC. В корпусе SEP нет верхней пластмассовой крышки, а так­же может не устанавливаться кэш-память второго уровня (или же устанавливается меньший объем). Корпус SEP вставляется в разъем Slot 1. Чаще всего в корпус SEP помещают недорогие процессоры, например Celeron.

Slot 1 — это разъем системной платы, имеющий 242 контакта. Корпус SEC или SEP, внутри которого находится процессор, вставляется в Slot1 и фиксируется специальной скобой. Иногда имеется крепление для системы охлаждения процессора. Обратите внимание на большую пластину, рассеивающую тепло, выделяемое процессором.

Процессор Pentium Ш упаковывается в корпус, который называется SECC2 (Single Edge Contact Cartridge, версия 2). Этот корпус является разновидностью корпуса SEC. Крышка расположена с одной стороны, а с другой стороны непосредственно к микросхеме прикрепляется охлаждающий элемент. Такое конструктивное решение позволяет более эффективно отводить от процессора тепло. Процессоры в этом корпусе вставляются в разъемы Slot 1.

Основная причина перехода к использованию корпусов SEC и SEP состояла в том, чтобы при минимуме затрат переместить кэш-память второго уровня с системной платы на одну плату с процессором. Используя корпуса SEC и SEP, Intel может легко варьировать объем и быстродействие кэш-памяти, поставляемой в одной упаковке с процессором Pentium III. Фирмы Intel и AMD разработали несколько типов гнезд, рассчитанных на установку собственных процессоров.

Характеристики типов гнезд для процессоров

  ----------------------------------------------------------------------------
Тип гнезда Количество контактов Расположение контактов Напряжение питания, В
----------------------------------------------------------------------------
Socket 1              169         17x17 PGA          5            
Socket 2              238         19x19 PGA           5            
Socket 3              237         19x19 PGA           5/3,3    
Socket 4              273         21x21 PGA           5            
Socket 5              320         37x37 SPGA        3,3/3,5 
Socket 6**          235         19x19 PGA           3,3         
Socket 7              321         37x37 SPGA       Модуль изменения напряжения(VRf               
Socket 8              387         Двойной корпус SPGA   Модуль автоматического изменения напряжения (Auto VRM)               
Socket 370 (PGA370)   370         37x37 SPGA        Модуль автоматического изменения напряжения (Auto VRM)         
Slot A    242         Slot        Модуль автоматического изменения напряжения (Auto VRM)         
Socket A (Socket 462) 462         PGA Socket         Модуль автоматического изменения напряжения (Auto VRM)         
Slot 1 (SC242)     242         Slot         Модуль автоматического изменения напряжения (Auto VRM)         
Slot 2 (SC330)     330         Slot        Модуль автоматического изменения напряжения (Auto VRM)         
Устанавливаемые процессоры
486 SX/SX2, DX/DX2*, DX4 OverDrive
486 SX/SX2, DX/DX2*, DX4 OverDrive, 486 Pentium OverDrive
486 SX/SX2, DX/DX2, DX4, 486 Pentium OverDrive, AMD 5x86
Pentium 60/66, OverDrive
Pentium 75-133, OverDrive
486 DX4,486 Pentium OverDrive
Pentium 75-233+, MMX, OverDrive, AMD K5/K6, Cyrix I
Pentium Pro
Celeron/Pentium III PPGA/FC-PGA AMD Athlon PGA AMD Athlon/Duron SECC Pentium ll/lll, Celeron SECC Pentium ll/lll Xeon
----------------------------------------------------------------------------
* Допускается установка DX4 с адаптером, понижающим напряжение питания.
** Гнездо Socket 6 никогда не устанавливалось в какую-либо систему.
Гнезда Socket 1, Socket 2, Socket 3 и Socket 6 предназначены для процессора 486. Гнезда Socket 4, Socket 5, Socket 7 и Socket 8 предназначены для процессоров Pentium и Pentium Pro. Более подробное описание каждого гнезда приводится ниже.

Гнездо типа Socket 7, в сущности, представляет собой тип Socket 5 с одним дополнительным ключевым выводом во внутреннем углу ключевого контакта. Поэтому в гнезде типа Socket 7 всего 321 вывод, расположенный по сетке SPGA 21*21. Действительное отличие этого гнезда заключается не в нем самом, а в сопутствующем блоке регулирования напряжения питания VRM (Voltage Regulator Module).

Этот блок представляет собой небольшую плату, содержащую все схемы для регулирования напряжения, которые используются, чтобы понизить напряжение питания 5 В до величины, необходимой для питания процессора. Главной причиной появления блока регулирования напряжения стало создание фирмой Intel новых процессоров Pentium, работающих на разных напряжениях: 3,3 (VR); 3,465 (VRE); 3,1; 2,8 и 2,45 В. На этих же и других напряжениях работают процессоры фирм AMD и Cyrix.

Такое количество процессоров побудило производителей системных плат устанавливать блок регулирования напряжения непосредственно на системной плате.

Фирма AMD доработала гнездо Intel Socket 7 и назвала его Super Socket 7 (или просто Super 7). Это гнездо поддерживает процессоры, работающие на частотах от 66 до 95 и 100 МГц. Его стали активно использовать производители системных плат Acer Laboratories Inc. (Ali), VIA Technologies и SiS. По быстродействию эти платы не уступают аналогичным моделям с использованием разъемов Slot 1 и Socket 370.

Иными словами, если вы хотите купить плату Pentium, которая легко модернизируется до следующего поколения более быстродействующих процессоров, вам нужна системная плата с гнездом типа Socket 7 и адаптером напряжения питания VRM.

Socket 8

Это гнездо SPGA с огромным количеством (387!) штырьков. Оно разработано специально для процессора Pentium Pro с интегрированной кэш-памятью второго уровня. Дополнительные штырьки должны позволить набору микросхем системной логики управлять кэш­памятью второго уровня, которая интегрирована в один корпус с процессором.

Socket 370 (PGA-370)

В январе 1999 года Intel анонсировала новое гнездо для процессоров класса P6. Оно получило название Socket 370 (PGA-370) и с ним можно использовать недорогие версии процессоров Celeron и Pentium П в исполнении PGA (Pin Grid Array). Эту новую разработку можно назвать ответом Intel на создание фирмой AMD гнезда Super 7.

Изначально все процессоры Celeron и Pentium П выпускались в корпусе SECC или SEPP. После того как были разработаны "облегченные" версии этих процессоров (без кэш-памяти второго уровня или с небольшим ее объемом), необходимость использования этих корпусов отпала.

Все процессоры Celeron с рабочей частотой 333 МГц и ниже доступны только в корпусе Slot 1, 366–433 МГц — как в корпусе Slot 1, так и в Socket 370, а начиная с модели 466 МГц — только в корпусе Socket 370. Процессоры в исполнении Socket 370 (PGA-370) можно устанавливать в разъем Slot 1. Для этого необходимо приобрести специальный переходник PGA-Slot 1.

FCPGA (Flip Chip Pin Grid Array)

В октябре 1999 года Intel анонсировала процессоры Pentium Ш с интегрированной кэш­памятью, которые подключались к гнезду Socket 370. В этих процессорах использовался корпус FC-PGA (Flip Chip Pin Grid Array). Скорее всего, именно этот корпус будет использоваться в последующих версиях процессоров Intel.

Обратите внимание, что некоторые системные платы Socket 370 не поддерживают новых процессоров Pentium Ш и Celeron в корпусе FC-PGA. Это связано с тем, что новые процессоры имеют два вывода RESET и им нужна поддержка спецификации питания VRM 8.4. Чтобы выяснить, поддерживает ли ваша системная плата новые процессоры, обратитесь к ее производителю.

Slot 2 (SC330)

Гнездо Slot 2 (его иногда называют SC330) используется в высокопроизводительных системных платах на базе процессоров Pentium II Xeon и Pentium Ш Хеоп. Процессоры Pentium П Xeon и Pentium Ш Хеоп упакованы в корпус большего размера, чем корпуса процессоров Pentium II и Pentium III. Системные платы с гнездом Slot 2 применяются в основном в высокопроизводительных системах, чаще всего в серверах или рабочих станциях, созданных на базе процессоров Pentium П/Ш Хеоп.

Напряжение питания процессоров

В последнее время явно прослеживается тенденция к снижению напряжения питания процессоров. Наиболее очевидным следствием этого является снижение потребляемой мощности. Конечно, если потребляемая мощность меньше, то функционирование системы обходится дешевле; еще более важным является снижение потребляемой мощности для переносных систем, так как благодаря этому компьютер может работать намного дольше на одной и той же батарее. Именно значительное удлинение срока службы батареи, вызванное снижением потребляемой мощности, повлекло за собой множество усовершенствований, направленных на понижение напряжения питания процессора.

Еще одним преимуществом является то, что при пониженном напряжении, а следовательно, и при более низкой потребляемой мощности, выделяется меньше тепла. Процессор и вентилятор можно размещать ближе к другим компонентам, т.е. упаковка системы может быть более плотной; кроме того, срок службы процессора возрастает. К преимуществам можно отнести и то, что процессор вместе с вентилятором потребляет меньшую мощность, а потому может работать быстрее. Именно благодаря снижению напряжения удалось повысить тактовую частоту процессоров.

До выпуска портативных компьютеров на базе Pentium и Pentium MMX в большинстве процессоров использовалось одно и то же напряжение и для процессора, и для схем ввода-вывода. Вначале большинство процессоров, а также схемы ввода-вывода работали при напряжении, равном 5 В, которое позже было снижено до 3,5 или 3,3 В (с целью уменьшения потребляемой мощности). Когда один и тот же уровень напряжения используется для процессора, его внешней шины и сигналов схем ввода-вывода, говорят, что такой процессор использует единственный, или унифицированный, уровень напряжения.

При создании процессора Pentium для переносных компьютеров фирмой Intel был разработан способ, применяя который можно значительно уменьшить потребляемую мощность при сохранении совместимости с существующими наборами микросхем системной логики, микросхемами логики шины, микросхемами памяти и другими компонентами, рассчитанными на 3,3 В. Благодаря этому был создан компьютер с двумя уровнями напряжения, или с расщеплением уровня напряжения, в котором процессор использовал более низкое напряжение, а схемы ввода-вывода работали при напряжении 3,3 В. Это новшество стали называть технологией уменьшения напряжения (Voltage Reduction Technology — VRT); оно появилось в портативных вариантах процессора Pentium в 1996 году. Позже два уровня напряжения использовались также в процессорах для настольных систем; например, в Pentium MMX использовалось напряжение 2,8 В, а схемы ввода-вывода работали при напряжении 3,3 В. Теперь в большинстве современных процессоров как для переносных, так и для настольных компьютеров используются два уровня напряжения. В некоторых современных процессорах типа Mobile Pentium II используется напряжение 1,6 В, хотя все еще поддерживается совмес­тимость с компонентами ввода-вывода, работающими при напряжении 3,3 В.

Гнезда и разъемы процессоров Pentium Pro (Socket 8) и Pentium II (Slot 1 или Slot 2) имеют специальные контакты — Voltage ID (VID), которые используются процессором для сообще­ния системной плате точных значений требуемого напряжения. Это дает возможность преобразователям напряжения, встроенным в системную плату, автоматически устанавливать правильный уровень напряжения сразу при установке процессора.

К сожалению, в Socket 7 и в системных платах, рассчитанных на более ранние версии процессоров, возможность автоматической установки напряжения не предусмотрена. Это означает, что необходимо устанавливать перемычки или указывать напряжение для устанавливаемого процессора при конфигурировании системной платы вручную. Для процессоров Pentium (Socket 4, Socket 5 или Socket 7) требуются различные напряжения, но последние процессоры версии MMX рассчитаны на напряжение 2,8 В, за исключением процессоров Pentium для переносных компьютеров, работающих при напряжении 1,8 В.

Обычно приемлемый диапазон составляет ±5% от номинального напряжения. Большинство системных плат с гнездом типа Socket 7, а также рассчитанные на более поздние версии процессоров Pentium поддерживают несколько уровней напряжения (например, 2,5; 2,7; 2,8 и 2,9 В) для совместимости с будущими устройствами. Преобразователь напряжения, встроенный в системную плату, трансформирует напряжение питания в напряжения различных уровней, требуемые для питания процессора. Значения соответствующих напряжений должны быть указаны в документации к системной плате и процессору.

Процессоры Pentium Pro, Celeron и Pentium ПЛП автоматически устанавливают величину напряжения питания, управляя встроенным в системную плату преобразователем напряжения через контакты Voltage ID (VID).

Напряжения, используемые процессорами с одним и двумя  уровнями напряжения
----------------------------------------------------------------------------
Название           Процессор        Напряжение ядра         Напряжение схем         Уровень напряжения 
процессора, В ввода-вывода, В
----------------------------------------------------------------------------
VRE (3,5 В)         Intel Pentium    3,5          3,5          Один   
STD (3,3 В)          Intel Pentium    3,3          3,3          Один   
ММХ(2,8В)        Intel MMX Pentium       2,8          3,3          Два       
VRE (3,5 В)         AMDK5                3,5          3,5          Один   
3,2 В      AMDK6                3,2          3,3          Два       
2,9 В      AMDK6                2,9          3,3          Два       
2,4 В      AMD K6-2/K6-3                2,4          3,3          Два       
2,2 В      AMD K6/K6-2    2,2          3,3          Два       
VRE (3,5 В)         Cyrix 6x86           3,5          3,5          Один   
2,9 В      Cyrix 6x86MX/MII           2,9          3,3          Два       
ММХ(2,8В)        Cyrix 6x86L         2,8          3,3          Два       
2,45 В    Cyrix 6x86LV      2,45       3,3          Два       
----------------------------------------------------------------------------

Перегрев и охлаждение

В компьютерах с быстродействующими процессорами могут возникать серьезные проблемы, связанные с перегревом микросхем. Более быстродействующие процессоры потребляют большую мощность и соответственно выделяют больше тепла. Для отвода тепла необходимо принимать дополнительные меры, поскольку встроенного вентилятора может оказаться недостаточно.

Для охлаждения процессора нужно приобрести дополнительный теплоотвод (радиатор). В некоторых случаях может потребоваться нестандартный теплоотвод с большей площадью поверхности (с удлиненными ребрами).

Теплоотводы бывают пассивными и активными. Пассивные теплоотводы являются простыми радиаторами, а активные содержат небольшой вентилятор, требующий дополнительного питания.

Теплоотводы могут быть прижатыми к микросхеме или приклеенными к ее корпусу. В первом случае для улучшения теплового контакта между радиатором и корпусом микросхемы их поверхности следует смазать теплопроводящей пастой. Она заполнит воздушный зазор, обеспечив лучшую передачу тепла.

Эффективность теплоотводов определяется отношением температуры радиатора к рассеиваемой мощности. Чем меньше это отношение, тем эффективность рассеивания тепла выше. Для увеличения эффективности радиатора в него встраивают вентиляторы. Такие теплоотводы называются активными. Разъем питания вентилятора похож на обычный разъем питания накопителя, но в последнее время выпускаются радиаторы с вентилятором, который подключается к системной плате.

Активные теплоотводы со встроенным вентилятором выпускаются для быстродействующих процессоров, однако в случае отказа такого теплоотвода процессор быстро перегревается. Вентиляторы обычно подключаются к разъему питания дисковода или специальному разъему питания 12 В для вентилятора на системной плате. Однако нередко эти вентиляторы представляют собой дешевые устройства на подшипниках с гарантией работы всего на один год. Когда подшипники изнашиваются, вентилятор начинает издавать скрежет и останавливается, что приводит к перегреву процессора и выходу его из строя.

Надежность пассивных теплоотводов стопроцентная, поскольку они не имеют никаких механических компонентов, выходящих из строя. В большинстве случаев они представляют собой алюминиевый радиатор, который рассеивает тепло через конвекцию. Однако пассивные радиаторы не охлаждают процессор в достаточной степени, если через их пластины не протекает поток воздуха, обычно создаваемый вентилятором блока питания или дополнительным вентилятором, установленным в корпусе. Если корпус и блок питания разработаны с учетом распределения температур, то можно использовать менее дорогой пассивный теплоотвод вместо активного.

Для эффективной работы радиатора необходимо обеспечить надежный контакт с корпусом процессора. Даже небольшая воздушная прослойка между процессором и радиатором приведет к перегреву процессора и выходу его из строя. Для надежности соединения теплоотводных элементов иногда используются специальные крепежные материалы, например теплопроводный клей.

В большинстве новых систем используется улучшенный формфактор системной платы, называемый ATX. В системах с системной платой и корпусом этого типа улучшено охлаждение процессора: он установлен близко от источника питания, а вентилятор источника питания в большинстве систем ATX установлен так, что обдувает процессор. И потому в таких системах можно использовать пассивный теплоотвод (т.е. обойтись без вентилятора процессора).

Сопроцессоры

С любыми процессорами фирмы Intel (и их аналогами) могут использоваться сопроцессоры. В процессорах Pentium и 486 они расположены на том же кристалле, что и сам процессор. Сопроцессоры выполняют операции с плавающей запятой, которые потребовали бы от основного процессора больших затрат машинного времени. Выигрыш можно получить только при выполнении программ, написанных с расчетом на использование сопроцессора.

Сопроцессоры выполняют такие сложные операции, как деление длинных операндов, вычисление тригонометрических функций, извлечение квадратного корня и нахождение логарифма, в 10-100 раз быстрее основного процессора. Точность результатов при этом значительно выше обеспечиваемой вычислителями, входящими в состав самих процессоров. Операции сложения, вычитания и умножения выполняются основным процессором и не передаются сопроцессору.

Система команд сопроцессора отличается от системы команд процессора. Выполняемая программа должна сама определять наличие сопроцессора и после этого использовать написанные для него инструкции; в противном случае сопроцессор только потребляет ток и ничего не делает. Большинство современных программ, рассчитанных на использование сопроцессоров, обнаруживают его присутствие и используют предоставляемые возможности. Наиболее эффективно сопроцессоры используются в программах со сложными математическими расчетами: в электронных таблицах, базах данных, статистических программах и системах автоматизированного проектирования. В то же время при работе с текстовыми редакторами сопроцессор совершенно не используется.

Число, указанное после обозначения типа сопроцессора 387 и процессоров 486, 487 и Pentium, — это максимальная тактовая частота в мегагерцах. Например, процессор с маркировкой 486DX2-66 работает на частоте 66 МГц.

Рационально используя сопроцессор, можно существенно сократить время выполнения программы. Если вы часто работаете с программами, которые могут применять сопроцессор, обязательно его установите. В большинстве старых компьютеров (с процессорами до 386-го) предусматривалось гнездо для сопроцессора, но сам он не устанавливался. В некоторых из них не было даже гнезда. Это относится в основном к PS/1 и первым портативным компьютерам.

Тестирование процессоров

Фирмы-производители используют для тестирования процессоров специальное оборудование. (Самый лучший и доступный прибор для рядового пользователя — работающий компьютер.) Используя диагностические программы, вы можете проверить работоспособность процессора и системной платы. В большинстве компьютеров процессор устанавливается в гнездо, что упрощает его замену.

Поскольку процессор является мозгом системы, при его выходе из строя большинство компьютеров перестает работать. Если вы заподозрили, что процессор неисправен, попробуйте заменить его другим (такого же типа), вынутым из работоспособной платы. Возможно, виновником действительно окажется процессор. Но если компьютер попрежнему не работает, причину следует искать в другом месте.

В очень редких случаях проблемы возникают из-за заводских дефектов, о которых надо знать, так как это поможет избежать ненужного ремонта и замен. О неисправностях такого рода лучше всего узнать у разработчика.

Возможность модификации процессора

Все процессоры могут содержать дефекты разработки, или ошибки. Часто с помощью программного обеспечения или аппаратных средств можно избежать эффектов, вызванных любой конкретной ошибкой. Ошибки в процессорах хорошо описаны в документах и руководствах фирмы Intel (Specification Update manuals), которые можно найти на Web-сервере. Другие изготовители процессоров также имеют свои Web-серверы, где размещают советы, рекомендации, предупреждения, а также бюллетени, в которых перечислены все возможные неполадки и указаны способы их исправления.

Ранее единственным способом исправления ошибки в процессоре была замена микросхемы. Теперь в процессоры Intel P6, включая Pentium Pro и Pentium II, встроено новое средство, которое позволяет исправлять многие ошибки, изменяя микропрограмму в процессоре. Это средство называется перепрограммируемой микропрограммой; благодаря ему некоторые типы ошибок можно устранить, модифицируя микропрограммы. Модификации микропрограмм постоянно находятся в системной ROM BIOS и загружаются в процессор системой BIOS во время выполнения теста при включении питания. При каждой перезагрузке системы этот код будет перезагружаться, тем самым гарантируется, что ошибка будет устранена в любой момент работы процессора.

Самый простой способ проверить модификацию микропрограммы— использовать про­грамму модификации процессоров Pentium Pro и Pentium П (Pentium Pro and Pentium П Processor Update Utility), разработанную и поддерживаемую фирмой Intel. С помощью этой программы можно проверить, правильно ли модифицирована BIOS на системных платах для всех процессоров Pentium Pro. Программа отображает поколение (изменение) процессора и версию микро­программы модификации. Чтобы можно было установить новую модификацию микропрограм­мы, BIOS системной платы должна содержать подпрограммы поддержки модификации микропрограмм; фактически все BIOS плат для Pentium Pro и Pentium П такие подпрограммы имеют. С помощью программы модификации процессора (Processor Update) фирмы Intel можно также определить, присутствует ли необходимый код в BIOS, сравнить номер версии процессора с номером версии микропрограммы модификации, загруженной в настоящее время, или установить новую микропрограмму модификации, если это необходимо. Использование указанной программы с системными платами, содержащими микропрограмму модификации подпрограмм BIOS, позволяет модифицировать только данные микропрограммы; остальная часть BIOS не изменится. Программа модификации поставляется со всеми процессорами, которые Intel называет упакованными ("боксированными") процессорами (boxed processors). Термин упакованные относится к процессорам, укомплектованным для использования системными интеграторами, т.е. сборщиками систем. Если вам нужна самая современная версия этой утилиты, обратитесь к ближайшему дилеру фирмы Intel.

Если BIOS вашей системной платы не имеет подпрограммы модификации микропрограмм процессора, вы должны получить полностью обновленную BIOS. При сборке системы с процессором Pentium Pro, Celeron или Pentium ПЛП необходимо использовать программу модификации процессора, чтобы убедиться, что BIOS содержит модификации микропрограмм, специфические для конкретного поколения устанавливаемого процессора. Другими словами, следует удостовериться, что модификация соответствует используемому поколению процессора.

С помощью программы модификации процессора (Checkup3.exe) сборщик системы может легко проверить наличие нужной версии микропрограммы модификации во всех системах с процессорами Pentium Pro, Celeron, Pentium П/Ш и Xeon. Например, если система содержит процессор поколения C1 и сигнатура изменения — 0x634, то BIOS должна содержать версию 0x33 микропрограммы модификации. Программа модификации процессора идентифицирует поколение процессора, сигнатуру и версию микропрограммы модификации, используемой в настоящее время.

Чтобы в систему можно было установить новую микропрограмму модификации, BIOS должна содержать Intel-определенные подпрограммы модификации процессора, дабы программа модификации могла постоянно устанавливать последнюю версию. В противном случае изготовитель системной платы должен полностью обновить BIOS. Рекомендуется запускать программу модификации процессора после обновления BIOS системной платы и перед установкой операционной системы (после сборки компьютера на основе процессоров P6). Программа проста в использовании и выполняется всего за несколько секунд. Поскольку программе модификации, возможно, потребуется загрузить новый код в вашу BIOS, установите все переключатели на системной плате в положение "enable flash upgrade", позволяющее обновить флэш-память.

После выполнения программы выключите питание системы и перезагрузите компьютер, а не делайте перезапуск из памяти. Только в этом случае можно гарантировать, что новая модификация будет правильно инициализирована в процессоре. Также вы должны быть уверены, что все переключатели, например переключатели обновления флэш-памяти и др., возвращены в нормальное положение.

Более подробное описание процесса обновления микропрограммы можно найти на Web-узлах производителей процессоров и системных плат.

Кодовые названия процессоров Intel

Разрабатывая процессоры, Intel, AMD и Cyrix всегда присваивают им кодовые названия. Предполагается, что они не будут широко использоваться, но зачастую именно так и происходит. Кодовые названия встречаются в журнальных статьях, посвященных будущим поколениям процессоров, а иногда даже в руководствах по системным платам, поскольку те составляются еще до официального представления процессоров.

Кодовые названия процессоров
----------------------------------------------------------------------------
Кодовое название       Процессор AMD процессоров AMD
----------------------------------------------------------------------------
Х5            5x86-133 [Socket 3]
SSA5      К5 (PR75-100) [Socket 5,7]
5k86      K5 (PR120-200)[Socket 7]
NX686    Ядро NexGen, которое стало Кб [Socket 7]
Uttle Foot    0,25 мкм Кб [Socket 7]
Chompers      K6-2 (ранее назывался K6-3D) [Socket 7, Super 7]
Sharptooth    K6-3 (ранее назывался Кб Plus-3D) [Super 7]
Argon   Оригинальное кодовое название для К7
К7            Athlon [Slot A] 
К75         0,18 мкм Athlon [Slot A]             
Spitfire Duron [Socket A]           
Thunderbird   Athlon [Slot A, Socket A]            
Mustang       Athlon с медными проводниками [Slot A, Socket A]  
Corvette      Мобильный Athlon [Socket A]               
SledgeHammer  K8 (64-разрядный процессор)
----------------------------------------------------------------------------
Кодовое название процессоров Cyrix  Процессор Cyrix
----------------------------------------------------------------------------
Мб         486DX [Socket 1,2,3]     
М7         486DX2/DX4 [Socket 3]
М9         5x86 [Socket 3]
M1SC    5x86 [Socket 3]
Chili      Проект 5x86     
М1         6x86 (версии 3,3 или 3,52 В) [Socket 7]              
M1L       6x86L (отдельные версии 2,8/3,3 В) [Socket 7]             
M1R      Переход от процесса ЗМ SGS к процессу 5М IBM для 6x86   
М2         6х86МХ/М-Н [Socket 7, Super 7]           
Cayenne    Ядро Mxi и Gobi            
Jedi       Оригинальное кодовое название для Joshua (до этого Gobi)             
Gobi      Ранее кодовое название для Joshua 
Joshua  VIA/Cyrix-III [Socket 370]           
Jalapeno   Ранее кодовое название для Mojave               
Mojave     Cyrix/VIA M3 [Socket 370]         
Serrano    Cyrix/VIA M4   
C5         Ядро Samuel (Winchip-4 со встроенной кэш-памятью второго уровня)         
Samuel Микросхема Cyrix/VIA на основе Winchip-4 [Socket 370]       
----------------------------------------------------------------------------
Кодовое название процессоров Intel Процессор Intel             
----------------------------------------------------------------------------
P23     486SX [Socket 1,2,3]     
P23S    486SX SL-enhanced [Socket 1,2,3]         
P23N    487SX (сопроцессор) [Socket 1]            
P4      486DX [Socket 1,2,3]     
P4S     486DX SL-enhanced [Socket 1,2,3]         
P24     486DX2 [Socket 1,2,3]  
P24S    486DX2 SL-enhanced [Socket 1, 2,3]     
P24D    486DX2 (версия с кэш-памятью типа write-back) [Socket 3]   
P24C    486DX4 [Socket 3]          
P23T    486DXODP (486 overdrive) [Socket 1,2,3]           
P4T     486DXODPR (486 overdrive) [Socket 1,2,3]        
Р24Т    PODP5V (Pentium OverDrive для 486) [Socket 2, 3]
Р24СТ   Pentium OverDrive для 486DX4 (ядро 3,3 В) [Socket 2, 3]
Р5      Pentium (версии 60/66 МГц) [Socket 4]
Р5Т     Pentium OverDrive (120,133) [Socket 4]
P54C    Pentium (версии 75-120 МГц) [Socket 5, 7]
P54CQS  Pentium (версии 120-133 МГц) [Socket 5,7]
P54CS   Pentium (версии 120-200 МГц) [Socket 7]
P54CTA  Pentium OverDrive (125,150,166) [Socket 5,7]
P55C    Pentium MMX [Socket 7]
P54CTB Pentium MMX OverDrive [Socket 5, 7]
Tillamook  Мобильный Pentium MMX
P6      Pentium Pro [Socket 8]
P6T     Pentium II OverDrive [Socket 8]
Klamath Pentium II [Slot 1]
Drake   Pentium II Xeon [Slot 2]
Deschutes 0,25 мкм Pentium II [Slot 1 & 2]
Tonga   Мобильный Pentium II
Covington Celeron (Deschutes без кэша) [Slot 1 ]
Mendocino Celeron (встроенная кэш-память второго уровня объемом 128 Кбайт) [Slot 1, Socket 370]
Dixon   Мобильный Pentium II (256KB on-die L2)
Katmai  Pentium III [Slot 1]
Tanner Pentium III Xeon [Slot 2]
Coppermine 0,18 мкм Pentium III со встроенной кэш-памятью второго уровня объемом 256 Кбайт
Cascades Coppermine Xeon (встроенная кэш-память второго уровня объемом 256 Кбайт) [Slot 2]
Coppermine-128 Celeron III (встроенная кэш-память второго уровня объемом 128 Кбайт) [Socket 370]
Timna   Celeron III со встроенной частью набора микросхем системной логики
Р68     Ранее кодовое название для Willamette
Willamette Pentium IV [Socket 423]
Foster   Pentium IV server [Socket 603]
Gallatin 0,13 мкм наследник Foster [Socket 603]
Northwood Мобильный Pentium IV
P7      Ранее кодовое название для Merced
Merced  Itanium (IA64) [Slot M]
McKinley Второе поколение Itanium [Slot M]
Madison 0,13 мкм McKinley [Slot M]
Deerfield Дешевая версия Madison [Slot M]
----------------------------------------------------------------------------

Тестирование быстродействия процессора

Пользователи обожают знать, насколько "быстрый" у них компьютер. Чтобы помочь им удовлетворить это любопытство, разработаны различные программы тестирования (для измерения различных параметров эффективности системы и процессора). Хотя ни одно число не может полностью отобразить эффективность сложного устройства, такого как процессор или весь компьютер, тесты могут быть полезны при сравнении различных компонентов и систем.

Единственно верный и точный способ измерить эффективность системы — проверить ее в работе с приложениями. На производительность одного компонента системы зачастую оказывают влияние другие ее компоненты. Нельзя получить точных цифр, сравнивая системы, которые имеют не только разные процессоры, но и разные объемы или типы памяти, жесткие диски, видеоадаптеры и пр. Все это влияет на результаты испытаний, и получаемые значения могут сильно отличаться от истинных, если тестирование проводилось неправильно.

Тесты бывают двух видов: тесты компонентов, измеряющие эффективность специфических частей компьютерной системы, таких как процессор, жесткий диск, видеоадаптер или накопитель CD-ROM, и тесты системы, измеряющие эффективность всей компьютерной системы, которая выполняет данное приложение или данный набор тестовых программ.

Тесты чаще всего выдают только один вид информации. Лучше всего проверить систему, используя собственный набор операционных систем и приложений.

Причины неисправности процессоров

Чаще всего проблемы в работе компьютера возникают "по вине" других устройств. Процессор является одним из важнейших устройств, поэтому его работоспособность сразу же повлияет на функционирование всей системы в целом. Выявить неисправность процессора можно только с помощью второго заведомо исправного процессора. Однако при этом можно "сжечь" исправный процессор, если, например, неверно установлены перемычки питания на системной плате. Все действия с процессором необходимо выполнять с особой аккуратностью, а питание компьютера включать только после повторной проверки правильности установки процессора в гнезде и соответствующих перемычек на системной плате. Одной из самых распространенных причин возникновения проблем при работе процессоров является их "разгон", т.е. установка параметров, не соответствующих рабочим. Это приводит к нагреванию процессора и, как следствие, к выходу его из строя. Если вы пытаетесь "разогнать" процессор, то обращайте особое внимание на температурный режим его работы. Проконтролировать температурный режим работы можно, или непосредственно прикоснувшись к радиатору процессора, или с помощью программных средств.

Взято с computermaster.ru

КомпМастер Сочи compmaster-sochi.ru | Ремонт компьютеров в Сочи | Компьютерная помощь | Компьютерное обслуживание | Обслуживание компьютеров | Установка Windows | Установка Office | Установка антивируса | Установка Skype | Лечение и удаление вирусов | Подключение интернета | Настройка интернета | Обслуживание сетей | Настройка локальных сетей | Восстановление удаленных данных | Восстановление жестких дисков | Заправка картриджей | Ремонт принтеров | Монтаж прокладка сетей | Обслуживание серверов | Настройка и обслуживание мини АТС | Обслуживание POS систем Front Office