Перспективы развития микропроцессоров

Рекомендации  пользователю при выборе. 

 Первый показатель - архитектура самого микропроцессора,  какая она

RISC или CISC.

 Основные  характеристики архитектур типовых  MП приведены на следующей странице: 

|Характеристика |CISC |RISC |

|Формат команд |Переменный |Стандартный |

|Структура команд |Сложная |Простая |

|Выполнение  всех команд |Аппаратно - |Аппаратное |

| |програмное | |

|Число команд |Большое |Небольшое |

|Число регистров  |Небольшое |Большое |

|Время обработки  прерывания |Среднее |Очень малое |

|Тактовая частота,  МГц |25 ; 33 ; 40 |12 ; 16,7 ; |

| | |20 |

|Среднее число  тактов за инструкцию|4 - 6 |1,2 - 2 |

|Среднее число  транзисторов, тыс. |300 - 400 |до 50 |

|Быстродействие  млн. опс. |4 - 6 |10 - 12 |

|Отношение тыс  транзисторовмлн. |70 |5 |

|опс | | | 

 Постепенное  усложнение CISC-процессоров происходит  в направлении более совершенного  управления машинными ресурсами,  а также в направлении сближения  машинных языков с языками  высокого уровня.

 В то же  время сложная система команд  и переменный формат команды процессором с CISC архитектурой привели к быстрому росту сложности схем (80386 содержит 270 тыс., а 80486 - 1 млн. транзисторов) и, как следствие, к пределу возможностей CISC- архитектуры в рамках существующей кремниевой технологии.

 Усложнение RISС процессоров фактически приближает  их архитектуру к

 СISC-архитектуре.

 В настоящее  время число MП с RISC-архитектурой  существенно возросло и все  ведущие фирмы США их производят, в том числе фирмы

Intel, Motorola - производители  основных семейств МП с СISC- архнтектурой.

 Процессоры  с RISC - архитектурой широко применяются  в платах - ускорителях ( акселераторах  ) для преобразования стандартных  16 - разрядных ПЭВМ в 32 - разрядные  персональные системы высокой  производительности.

 Второй показатель - производительность. Различают несколько производительностей, в данном случае я рассмотрю 2 вида : пиковую или предельную ( производительность процессора без учета времени обращения к оперативной памяти за операндами ) и номинальную

(производительность процессора с оперативной памятью ).

 Пиковая производительность  определяется как среднее число  команд типа «регистр - регистр», выполняемых в единицу времени  без учета их статистического  веса в выбранном классе задач.  В настоящее время за рубежом  пиковая производитель ность процессора измеряется для команды типа «нет операции» в миллионах операций в сек.

 Номнальная  производительность традиционно  определяется как среднее число  команд, выполняемых полсистемой  «процессор - память» с учетом  их статистического веса в выбранном классе задач. Она рассчитывается, как правило, по формулам и специальным методикам, предложенным процессров определенных архитектур, и измеряется разботанными для них измерительными программами, реализующими соответствующую эталонную нагрузку.

 Третий показатель - быстродействие, измеряемое миллионами  тактов всекунду или Мега Герцами.  Чем больше Мгц тем лучше,  хотя выбор наиболее быстрого  процессора в этом плане зависит  от толщины кошелька. 
 

 Сравнительная  оценка структур и архитектур совместимых 32-разрядных микропроцессоров. 

 В микропроцессорной  индустрии только фирма Intel “  изобрела велосипед “ остальные  фирмы и корпорации “ плясали  от исходного “ приобретая  патенты или дорабатывая и  усовершенствуя, на сколько позволял  прогресс в этой области, детища фирмы Intel. Поэтому я попробую сравнить продукты этой фирмы, считая все остальные процессоры клонами с доработками или без.

 Оба процессора 80386 и 80486 имеют одинаковую архитектуру  - CISC.

 Фирма Intel заняла нишу CISC процессоров, процессоров более общего применения по существенно низким ценам.

 Фирма Intel для оценки производительности  своих процессоров предложила  специальный индекс - iCOMP (Intel COmparative

Microprocessor Performance), который, по ее мнению,более  точно отражает возрастание производительности при переходе к новому поколению процессоров (некоторые из выпущенных уже моделей компьютеров на основе Pentium при выполнении определенных программ демонстрируют даже меньшее быстродействие, чем компьютеры на основе 486DX2-66, это связано как с недостатками конкретных системных плат, так и с неоптимизированностью программных кодов).

 Производительность  процессора 486SX-25 принимается за 100.

 Производительность  других про- цессоров, которые  останутся в ближайшей производственной программе фирмы Intel, представлена в следующей таблице: 
 

|МОДЕЛЬ |ИНДЕКС iCOMP |

|486SX2-50 |180 |

|486DX2-50 |231 |

|486DX2-66 |297 |

|486DX4-75 |319 |

|486DX4-100 |435 |

|Pentium-60 |510 |

|Pentium-66 |567 |

|Pentium-90 |735 | 

 Иногда общая скорость работы компьютера называется производительностью. Имеется несколько способов измерения производительности, и она зависит от многих факторов, например размера и быстродействия дисков, наличия сопроцессора и быстродействия микросхем памяти. Однако наиболее важным фактором является быстродействие процессора.

 Как правило  производительность новых процессоров  выше старых.

 Например, процессоры 386 и 486 быстрее процессора 8086. Конечно  процессоры 386 и 486 не только по  скорости - гораздо важнее их расширенные возможности. Многие забывают, что важна не только скорость процессора, но и то, что он может делать.

 Обычно каждый  член процессорного семейства  включает несколько моделей, единственное  различие которых заключается  в рабочей частоте. Действиями  процессора управляют электрические импульсы, появляющиеся миллионы раз в секунду. Каждый импульс вызывает некоторое действие процессора, и время выполнения конкретной операции измеряется числом импульсов (часто называемых тактами).

 Например, для  умножения двух чисел требуется больше тактов, чем для сложения. 

 Число тактов  в секунду измеряется миллионами  даже для медленных процессоров  и выражается в мегагерцах (МГц). Например, 10 МГц означают 10 миллионов  тактов в секунду. 

 При прочих  равных параметрах компьютер с более быстрым процессором работает быстрее компьютера с тем же процессором, имеющим меньшую частоту. Например, первый компьютер PC AT имел процессор 286, работающий на частоте 6 МГц. Через некоторое время появился более быстрый компьютер PC AT с тем же процессором 286, но работающим на частоте 8 МГц.

 При сравнении  быстродействия процессоров необходимо  иметь в виду, что новые процессоры  работают эффективнее старых. Например, процессор 486 с частотой 25 МГц  работает быстрее процессора 386 с  той же частотой 25 МГц. В случае сомнений выбирайте самый быстрый компьютер, который подходит по стоимости. В моделях одного и того же компьютера применяются процессоры с разичным быстродействием.

 Например, модель 70 семейства PS/2 выпускается с  процессором 386, работающим на частотах 16, 20 или 25 МГц. Кроме того, в некоторых компьютерах модели 70 применяется процессор 486. В таблице приведены процессоры семейства 86 с их рабочими частотами. Показаны все рабочие частоты, объявленные фирмой Intel. Однако не которые процессоры с низкой рабочей частотой сняты с производства. От метим, что фирма Intel по лицензиям разрешала другим фирмам выпускать процессор 286 и некоторые другие; эти фирмы предлагали процессоры с отличающимися рабочими частотами. В таблице приведены только частоты, официально объявленные фирмой Intel. 

 Таблица Процессоры  семейства 86 фирмы Intel. 

|Процессор |Частоты  ( МГц ) |

|8088 |4,77 ; 8 |

|8086 |4,77 ; 8 ; 10 |

|188 |8 ; 10 ; 12,5 ; 16 |

|186 |8 ; 10 ; 12,5 ; 16 |

|286 |8 ; 10 ; 12,5 |

|386SX |16 ; 20 |

|386SL |20 ; 25 |

|386DX |16 ; 20 ; 25 ; 33 |

|486SX |16 ; 20 ; 25 ; 33 |

|486DX |25 ; 33 ; 50 |

|486DX2 |50 ; 66 |

|486SL |20 ; 25 |

|Pentium |60 ; 66 | 

 Отметим,  что в рекламных обьявлениях  встречаются компьютеры с процессорами 486, работающими на частоте 66 Мгц. Фактически речь идёт о процессорах DX2, которые внутри действуют на частоте 66 Мгц, а с остальными устройствами взаимодействуют на частоте 33 Мгц.

 Самый быстродействующим  процессором 486 ( и самая быстрая  шина компьютера ) имеет рабочую частоту 50 Мгц. Однако оказалось, что обычные шины PC работают на такой частоте ненадёжно. В наиболее надёжных компьютерах применяется шина на 33 Мгц, а результаты тестирования показывают, что процессоры DX2 с частотой 66 Мгц при некоторых условиях превосходят модели с рабочей частотой 50 Мгц.

 Перспективы  развития микропроцессоров. 

 Поразмышлять  о будущем PC весьма интересно.  Технология совершенствуется столь  быстро, что ее постоянные новинки  становятся нормой. Остановимся  подробнее на будущем процессоров семейства 86.

 В настоящее  время RISC - процессоры являются  также базой для построения  сопроцессоров и спецпроцессоров,  интеллектуальных контроллеров  и других устройств.

 Полагают, что  именно конкуренция между Power PC и Pentium является самым существенным фактором для развития рынка процессоров и персональных компьютеров. Power PC 601 примерно в два раза дешевле, чем Pentium, потребляет в два раза меньшую мощность и превосходит Pentium по производительности, особенно по операциям с плавающей точкой. Сначала на процессоре 601 была реализована только система 6000 фирмы IBM и PowerMac фирмы Apple. В настоящее время большинство производителей компьютеров имеют свои варианты систем на базе Power PC, однако решение об их производстве будет определяться прежде всего складывающейся конъюнктурой.

 Начнем с  процессора Pentium, самого совершенного  творения фирмы

Intel. В нем  имеется несколько новинок, например, 64-битовая шина, предсказание перехода, отдельные кэши для данных  и команд. Процессор

Pentium работает минимум вдвое быстрее процессора 486DX с частотой

66 МГц, выполняя 100 миллионов операций в секунду  при частоте синхронизации 60 МГц.  Сравните эти показатели с  процессором 8088 первого IBМ PC, работавшим  на частоте 4,77 МГц. Более того, Pentium намного эффективнее процессора 8088; фактическая производительность в несколько раз выше, чем просто при сравне нии частот синхронизации.

 Однако, согласно  сообщениям фирмы, недалек выпуск  еще более быстро действующих  процессоров. В середине 90х годов  ожидается появление процессора 686 (возможно, он будет называться по-другому), а в конце века появится процессор 786.

 Если предварительные  сведения точны (по-видимому, это  и есть), процессор 786 будет работать  на частоте 250 Мгц, иметь 5 млн  транзисторов четыре отдельных процессорных модуля, а также два векторных процессора для обработки списков чисел, размещаясь на чипе площадью 1 кв дюйм . Кроме того, значительное внимание уделяется самотестированию и графическому интерфейсу с очень высокой разрешающей способностью, включая движущиеся изображения в реальном времени. Вместе с тем в процессоре 786 сохранится совместимость со всем имеющимся программным обеспечением фирме Intel этот будущий процессор называется Micro 2000 (но, возможно, он появится под другим названием).

 Сейчас самим  быстродействующим процессором  является Pentium с частотой синхрониаации  66 МГц. В феврале 1991 г. фирма  Intel представила вариант процессора 486 с частотой 100 МГц, но его  коммерческих поставок не было, поскольку Pentium обеспечивает более высокую производительность при меньшей частоте. Однако возможно появление процессора Pentium с рабочей частотой 100 МГц до выпуска процессора 786.

 Помимо все  более быстродействующих процессоров  появляются все новые приспособления. Интересным, примером служит разъем или гнездо для по вышения производительности (overdrive socket), имеющееся в некоторых временных компьютерах. Раньше люди не знали, для чего предназначенно это гнездо, а сейчас они знают, что в него можно вставить математический сопроцессор или более производительный процессор. С появлением процессора Pentium ожидается появление мультипроцессорных PC c производительностью мощных миникомпьютеров и стоимостью в несколько раз ниже.