7.2. Процессор

7.2.1. Характеристики процессора определяющие его производительность

7.2.2. Современные процессоры архитектуры x86 компаний Intel и AMD

7.2.3. Оценка производительности современных процессоров

В современных компьютерах центральные процессоры (ЦП) выполнены в виде компактного модуля (размерами около 5×5×0,3 см) вставляющегося в zif-сокет. Большая часть современных процессоров реализована в виде одного полупроводникового кристалла, содержащего миллионы, а с недавнего времени даже миллиарды транзисторов.

7.2.1. Характеристики процессора определяющие его производительность

Центральный процессор имеет следующие важнейшие характеристики, определяющие его производительность:

— частота ЦП;

— кеш;

— технический процесс;

— поддержка новых технологических решений;

— наличие встроенного контроллера памяти.

Рассмотрим данные характеристики более подробно.

Частота ЦП. Довольно большое время основной характеристикой указывающей на производительность ЦП была его частота. Но когда основные компании-производителя пошли разными путями в разработке новых поколений процессоров, то тактовая частота перестала быть мерилом производительности. Измеряется частота в герцах (мегагерцах, гигагерцах). Но надо учитывать, что «количество частоты» не соответствует количеству операций. Продуктивность ЦП в отношении на герц может варьироваться в широких пределах, в зависимости от архитектуры процессора. Если ранее архитектура была довольна схожа между процессорами конкурентов, и их можно было сопоставлять по частоте, то сейчас архитектуры компаний различаются гораздо сильней.

Кеш. Центральный процессор постоянно работает с памятью. Но скорость оперативной памяти не особо велика, чтобы процессор, при работе с ней, раскрывал полностью свой вычислительный потенциал. Поэтому, у процессоров существует своя собственная небольшая, но быстрая память. Ее именуют «Кеш». Обычно, такой памяти на процессоре от 256 Кб до 2 Мб. Кеш хранит в себе те данные, которые могут понадобиться процессору в ближайший момент. Поэтому, перед тем как выполнить операцию с данными, процессор ищет их сперва в кеше. Кеш разделяют на уровни: обычно, в процессорах используется двухуровневая система (т.н. Кеш L1 и L2). Кеш первого уровня отличается малым размером (но большой скоростью), а второго уровня – большим размером. Кеш третьего же уровня очень велик, но медленен и встречается только в отдельных моделях ЦП.

Кеш во многом обусловливает стоимость процессора, т.к занимает значительную (иногда и большую) часть кремниевой подложки ЦП. Чем больше кеш, тем быстрее работает процессор. Зачастую, разница производительности между процессором с кешем 128 Кб и ЦП с кешем в 1 Мб L2 несоизмерима мала, в сравнении с увеличившейся стоимостью процессора.

Технический процесс. Производители вынуждены уменьшать нормы производства процессоров еще и для того, чтобы снизить тепловыделение процессора. Обычно пользователю достаточно знать: чем меньше тех. процесс (и подаваемое на ЦП напряжение), тем меньше нагрев процессора. Все современные процессоры выпускаются по нормам 0,09 мкм, на подходе массовое распространение 0,065 мкм. Для производителей процессоров, внедрение новых технологий – не только снижение площадей чипов, но и важный фактор на пути увеличение производительности ЦП.

Поддержка технологий. Для оптимизаций выполнения определенных задач, производители ЦП внедряют в свои процессоры специальные наборы инструкций. Например, SSE (SSE2, SSE3), 3DNow!, Extended 3DNow! и т.п. Эти инструкции не вносят каких-то изменений в саму исполнительную часть ядра процессора, но позволяют описывать сложные последовательности команд, более короткими командами и упрощать работу процессору. В основном, такие дополнительные наборы инструкций созданы для увеличения производительности в программах, которые используют данные наборы инструкций.

Встроенный контроллер памяти. Долгое время, этот термин не был применим к ЦП. Однако, компания AMD в своем новом поколении процессоров К8 встроила контроллер памяти в процессор. ЦП все время работает с ОЗУ и скорость его работы с оперативной памятью – это важнейший параметр на пути обеспечения высокой производительности. Раннее существовала схема работы ЦП с ОЗУ: «Процессор – Чипсет – ОЗУ». Этот путь сократили и «перенесли» контроллер памяти из чипсета – в ЦП. Тем самым схема упростилась до «Процессор – ОЗУ». В ЦП Intel пока применяется традиционная схема, в которой участвует чипсет. Однако в процессорах Core i7 компания Intel использует встроенные контролеры памяти позволяющий работать с 3 каналами памяти DDR3.

7.2.2. Современные процессоры архитектуры x86 компаний Intel и AMD

В настоящее время в составе ПК можно встретить процессоры, приведенные на рис. 7.26 – 7.31.

Intel Pentium 4 – одноядерный x86-совместимый микропроцессор компании Intel, представленный 20 ноября 2000 года. Архитектура NetBurst (рабочее наименование – P68), лежащая в основе процессоров Pentium 4, разрабатывалась компанией Intel, в первую очередь, с целью достижения высоких тактовых частот процессоров. NetBurst не является развитием архитектуры P6, использовавшейся в процессорах Pentium III, а представляет собой принципиально новую по сравнению с предшественниками архитектуру. Характерными особенностями архитектуры NetBurst являются гиперконвейеризация и применение кэша последовательностей микроопераций вместо традиционного кэша инструкций.

Intel Pentium D построен по микроархитектуре NetBurst, как и все модели Pentium 4. Буква «D», в названии, расшифровывается как Dual – двойной, и указывает на наличие двух ядер.

Intel Core – это название, используемое для процессоров с кодовым именем Yonah, представленных 5 января 2006 года. Они производились с использованием техпроцесса 65 нм, основанных на архитектуре Banias/Dothan Pentium M, с добавленной технологией защиты LaGrande. Общая производительность была увеличена за счет добавления поддержки SSE3 расширений и усовершенствования поддержки расширений SSE и SSE2. Но при этом производительность немного снижается в связи с более медленным кэшем (а точнее, в связи с его высокой латентностью). Процессор Core Duo является лучшим в мире двуядерным процессором с архитектурой x86 с точки зрения энергопотребления (меньше 25 Вт).

Intel Core Duo имеет два ядра, 2 Мб кэш 2-го уровня, на оба ядра, и шину управления для контроля над кэшем 2-го уровня и системной шиной.

Intel Core Solo использует то же двойное ядро, что и Core Duo, но рабочим является только одно ядро.