Характеристика основных процессов

Март 1995 г., тактовая частота 120 МГц, технологический про­цесс 0,6 и 0,35 мкм; 3,2 млн транзисторов, 203 млн операций в

секунду.

Июнь 1995 г., тактовая частота 133 МГц, технологический про­цесс 0,35 мкм; 3,3 млн транзисторов.

Январь 1996 г., тактовая частота 166 МГц, технологический процесс 0,35 мкм; 3,3 млн транзисторов.

Июнь 1996 г., тактовая частота 200 МГц, технологический про­цесс 0,35 мкм технология; 3,3 млн транзисторов.

Pentium Р6 (Pentium Pro) создавался как процессор для серве­ров и рабочих станций, имеет объединенный в одном корпусе кэш второго уровня объемом 256 Кб (в августе 1997 г. появилась версия с 1 Мб кэша второго уровня). Анонсирован в ноябре 1995 г., тактовая частота 150, 166, 180, 200 МГц, технологический процесс 0,35 мкм (150 МГц изготовлен по 0,6 мкм технологии), 5,5 млн транзисторов.

Pentium P55 (Pentium MMX) — версия Pentium с дополнитель­ными возможностями. Технология ММХ должна была добавить/ расширить мультимедиа возможности компьютеров. Pentium MMX объявлен в январе 1997 г., тактовая частота 166 и 200 МГц, июнь 1997 г. — 233 МГц, технологический процесс 0,35 мкм, 4,5 млн транзисторов.

Первые Pentium //объявлены в мае 1997 г. как процессоры для настольных high-end компьютеров. Была изменена конструкция корпуса — кремниевую пластину с контактами заменили на кар­тридж, увеличена частота шины, естественно, тактовая частота, расширены ММХ-инструкции. Первые модели 233 — 300 МГц, про­изводились по 0,35 мкм технологии, следующие уже по 0,25 мкм. Модели с частотой 333 МГц выпущены в январе 1998 г. и содер­жат 7,5 млн транзисторов. В апреле 1997 г. появились 350 и 400 МГц версии, в августе — 450 МГц. Все Р2 имеют кэш второго уровня объемом 512 Кб. Есть также модель для ноутбуков — Pentium II РЕ, а также для рабочих станций — Pentium II Хеоп 450 МГц.

Celeron — упрощенный вариант Р2 для дешевых компьютеров. Основные отличия этих процессоров в объеме кэша второго уров­ня частоты шины. Первые, выпущенные в апреле и июне 1998 г., Celeron 266 и 300 МГц не имели кэша вообще при частоте шины 66 МГц и выполнены в конструктиве SLOT1. Следующие модели имеют 128 Кб кэша и выпускаются как для SLOT1, так и для Socket 370 (PPGA), в их названии присутствует буква А (напри­мер, Celeron 333A). Тактовая частота 266, 300, 333, 366, 400, 433, 466, 500, 533 МГц. Все эти процессоры выполнены по 0,25 мкм технологии и имеют от 7,5 до 19 млн транзисторов.

Pentium III— один из самых мощных и производительных про­цессоров Intel, но в своей конструкции он мало чем отличается от ^' Увеличена частота и добавлено около 70 новых инструкций.

Первые модели объявлены в феврале 1999 г., имеют тактовую ча­стоту 450, 500, 550 и 600 МГц, частоту системной шины 100 МГц, 512 Кб кэша второго уровня, технологический процесс 0,25 мкм, 9,5 млн транзисторов. В октябре 1999 г. также выпущена версия для мобильных компьютеров, выполненная по 0,18 мкм технологии с частотой 400, 450, 500 МГц, а также 0,18 мкм 533, 550, 600, 650, 700 и 733 МГц модели.

Для рабочих станций и серверов существует РЗ Хеоп, ориенти­рованный на системную логику GX с 512 Кб, 1 Мб или 2 Мб кэша второго уровня. Технологический процесс 0,25 мкм, систем­ная шина работает на частоте 100 МГц, есть 0,18 мкм версия с частотой шины 133 МГц. Есть 600, 666 и 733 МГц модели.

Pentium 4 является последним и самым мощным процессором Intel. Данный процессор имеет частоту от 1,3 до 1,5 ГГц, а также системную шину, работающую на частоте 400 МГц (4х 100 МГц).

AMD-K6/К6-2/K6-IIL Воснову AMD-K6 легло ядро, разрабо­танное инженерами компании NexGen для процессора Nx686. Кэш первого уровня у AMD-K6 64 Кб (32 + 32 соответственно). Макси­мальная частота AMD-K6 была увеличена до 300 МГц. Кб позици­онировался компанией как конкурент Pentium И, однако слабая производительность при операциях с плавающей точкой позволяла ему всерьез конкурировать только с Pentium MMX. Кб был первым процессором AMD, поддерживающим команду ММХ и 100-мега-герцевую системную шину. К6-Ш представлял собой дальнейшее развитие линии К6-2, его, как и Pentium II, оснастили кэшем вто­рого уровня (256 Кб), размещенным прямо в корпусе процессора и работающим на частоте CPU. Учитывая то, что на всех материнс­ких платах для платформы Socket 7/Super 7 кэш присутствует «по умолчанию», этот процессор оказался по-своему уникальным, по­скольку системы на его основе имели три уровня кэша; два соб­ственно на кристалле и еще один — на системной плате. Произво­дительность К6-Ш по сравнению с К6-2 существенно возросла.

Процессор AMD — Athlon, анонсирован в 1999 г. Одна из важных особенностей Athlon (как и Duron, о котором можно прочитать ниже) — системная шина EV6, работающая на частоте 100 МГц DDR, что дает эффективных 200 МГц. Первые модели с ядром К7 имели частоту от 500 до 700 МГц и производились по 0,25 мкм тех­нологическому процессу. Они имели интерфейс Slot А. Следующим шагом стало ядро К75, производившееся уже по 0,18 мкм процес­су. Процессоры с этим ядром также имели интерфейс Slot А, ча­стоту от 750 до 1000 МГц. По сравнению с К7 технологический про­цесс стал более тонким и изменился делитель кэша L2 — 2/5 или 1/3 вместо 1/2 у К7. Это связано с тем, что с увеличением тактовой частоты микросхемы кэша были не способны работать при старом делителе. В следующем ядре — Thunderbird, имеющем интерфейс Socket А, данная проблема решена очень просто — кэш расположен

ядре и работает на его частоте. Следующие процессоры Athlon с

ом Xhunderbird имеют системную шину не 100 МГц, а 133 МГц. Частота Athlon с ядром Thunderbird составляет от 750 МГц до 1,3 ГГц.

В 2000 г. появился недорогой вариант Athlon — Duron, основан­ный на ядре Spitfire. Единственное отличие Duron от Athlon состо­ит в уменьшенном объеме кэша L2 — 64 Кб вместо 256 Кб. В тестах же Duron отстает от Athlon с эквивалентной частотой примерно на Ю % при значительно более низкой цене. Первые Duron имели частоту 600 МГц.

В последующие годы происходил такой же стремительный рост. В декабре 2003 г. процессоры вышли на следующие рубежи.

Процессор Pentium 4 ЕЕ, поступивший на рынок в ноябре 2003 г., имеет следующие характеристики: рабочую частоту 3,2 ГГц, поддержку 800 МГц Ьшны, а также наличие 512 Кб кэша второго и 2 Мб кэша третьего уровня. Формат — Socket 478.

Компания AMD выпускает процессор Athlon 64 FX-53/Athlon 64 3400+, производительность которого эквивалентна процессору Pentium 4 с частотой 3,2 ГГц.

В 2004 г. будут выпущены первые процессоры по 0,09 мкм тех­нологии (в 2003 г. — 0,13 мкм).

Таким образом, за 27 лет частота процессоров возросла уже в 640 раз!

Следует заметить, что начиная с процессоров 180486 тактовая частота не определяет полностью быстродействие процессора. Этот параметр зависит от внутренней тактовой частоты, разрядности шины, размера кэша (памяти специального типа) и других осо­бенностей процессора.

Именно это обстоятельство побудило фирму AMD при марки­ровке своих процессоров указывать не тактовую частоту самого процессора, а тактовую частоту процессора Pentium 4, соизмери­мого по производительности.

За 2001 г. и первые два месяца 2002 г. на рынке процессоров было довольно много новинок. Конкурентная борьба между Intel и AMD привела, с одной стороны, к ускорению выхода новых процессо­ров, а с другой стороны, к резкому уменьшению их стоимости.

Вот некоторые сообщения последних лет:

• 2 июля 2001 г. корпорация Intel объявила о выпуске процес­
  соров Pentium 4 с тактовыми частотами 1,6 и 1,8 ГГц;
• 27 августа 2001 г. корпорация Intel представила процессор
  Pentium 4, работающий на частоте 2 ГГц, а также объявила о
  недавно разработанном транзисторе, который позволит к 2007 г.
  Довести тактовую частоту ЦП до 20 ГГц;
• в середине 2002 г. начались поставки 64-разрядного процес­
  сора McKinley. Его производительность в 1,5 — 2 раза выше, чем у
  Itanium. По сравнению с Itanium в 3 раза (до 6,4 Гб/с) возросла
  пропускная способность системной шины, которая имеет шири-

ну 128 бит и работает на частоте 400 МГц. Микропроцессор рабо­тает на тактовой частоте 1 ГГц и изготовляется по технологии 0,18 мкм. Микропроцессор занимает площадь 464 кв. мм и содер­жит 221 млн транзисторов;

• к концу первого квартала 2002 г. компания AMD начала по­
  ставлять опытные партии 64-разрядных процессоров, разрабаты­
  ваемых под кодовым названием Hammer. Предусмотрены два ва­
  рианта Hammer — ClawHammer и SledgeHammer. Первый пред­
  назначен для одно- и двухпроцессорных серверов и настольных
  систем старшего класса. Второй рассчитан на использование в сер­
  верах, оснащенных двумя и более процессорами. Массовое произ­
  водство ClawHammer началось с конца 2002 г., SledgeHammer —
  с первого квартала 2003 г.;
• компания AMD начала выпуск нового процессора из линей­
  ки Athlon XP — Athlon XP 2100+. Как и все предыдущие чипы
  этой серии, он производится в соответствии с нормами 0,18-мик­
  ронного техпроцесса на ядре Palomino. Реальная тактовая частота
  Athlon XP 2100+ составит 1733 МГц. Видимо, это последний про­
  цессор из линейки Athlon XP на ядре Palomino (0,18 мкм), по­
  скольку последующие чипы будут построены на ядре Thoroughbred
  и производиться по 0,13-микронной технологии.

Планы AMD следующие: Athlon XP 2200+ (1800 МГц); Athlon XP 2300+ (1866 МГц); Athlon XP 2400+ (1933 МГц); Athlon XP 2500+ (2000 МГц).

Память.Одна из основных составляющих компьютера — опе­ративная память (ОП). Содержимое ОП постоянно изменяется. Вся информация, находящаяся в ней, стирается в момент вык­лючения компьютера. Величина ОП в моделях ПК, построенных на процессоре 80286, обычно составляла 1 Мб. По мере развития вычислительной техники росли требования к объему оператив­ной памяти, и сейчас она, как правило, достигает 128 — 256 Мб. Минимальная емкость ОП должна быть достаточной для уста­новки ядра операционной системы и размещения необходимого минимума прикладных программ (для большинства ГИС 128 Мб).

В настоящее время в качестве ОП практически всегда исполь­зуется динамическая память (DRAM). Блоки DRAM размещаются в специально изготовленном модуле. Наиболее распространенны­ми модулями памяти являются DIMM. Этот модуль имеет 168 кон­тактов и размер около 13 см. Его разрядность 64 бита, что соответ­ствует разрядности шины памяти процессора Pentium.

Ранее использовались модули SIMM. Они различались по ко­личеству контактов (30 и 72-контактные), емкости модуля (1,4, 8, 16, 32, 64, 128, 256 Мб), быстродействию (минимальному вре­мени доступа в наносекундах, обычно 60 или 70) и наличию внут­реннего контроля (контроль четности и др.). 72-контактный SIMM имеет разрядность 32 бита.

Используемые в настоящее время типы динамической памяти ррО (Extended Data Output) и SDRAM (синхронное динамиче-кое ОЗУ) повышают быстродействие систем. Память EDO по­зволяет подавать на адресные входы адрес следующей ячейки па­мяти, пока еще процессор не успел считать предыдущий, в результате чего сокращает время, необходимое для чтения дан­ных из ОЗУ, a SDRAM увеличивает производительность систе­мы поскольку позволяет синхронизировать скорость работы ОЗУ со скоростью работы шины процессора.

Кроме оперативной памяти в современном компьютере имеют­ся и Другие элементы, которые нужно отнести к оперативным за­поминающим устройствам. Это прежде всего кэш-память. Эта па­мять может иметь три уровня. Кэш первого уровня находится внутри процессора и ускоряет его работу. Кэш второго уровня размещается или на системной плате, ил А внутри процессора. В процессоре Pentium Pro кэш второго уровня размещается во втором кристалле процессора. Принцип действия кэш-памяти следующий. При счи­тывании данные из ОП считываются в кэш, причем не только ин­формация, находящаяся по запрашиваемым адресам, но и байты данных, идущие за ней. При следующем обращении к ОП сначала проверяется наличие запрашиваемых данных в кэш-памяти и, если ее там нет, снова производится считывание из ОП. Если требуемые данные редко оказываются в кэше, то работа процессора замедля­ется, но чаще всего обращение происходит к соседним байтам ОП и в этом случае наличие кэша ускоряет работу. Размер кэша второго уровня, как правило, 256 —512 кб. Двухуровневая организация кэш­памяти приводит к тому, что около 94 % операций с памятью вы­полняется только процессором и кэшем.

Поскольку на материнской плате появились системные шины, обеспечивающие разную скорость передачи сигнала, это нашло отражение и в маркировке памяти. Если на маркировке указано 133, например РС133 SDRAM, то память поддерживает работу с шиной частотой 133 МГц.

Следует отметить, что PC 133 SDRAM все больше «сдает пози­ции». Основной причиной отказа от этого вида памяти является кризис в области производства памяти, который начался доволь­но давно. SDRAM-память дешевела, и темпы падения цен были очень большими. Фактически все ведущие компании вынуждены были продавать микросхемы ниже себестоимости, чтобы освобо­дить склады. Выпуск самого дешевого типа памяти (а это сейчас "С 133 SDRAM) многие производители вынуждены были свер­нуть, потому что продавать ее дорого не получится, а продавать Дешево — невыгодно.

Одним из основных продуктов 2001 г. стала память РС2100 DDR ^DRAM, а на пороге - РС2700 DDR SDRAM (DDR333), поддер­живающая реальную частоту 166 МГц. Некоторые производители

начали выпуск таких модулей, и даже есть чипсеты, которые уже сейчас могут с ними работать. Ведется разработка QDR SDRAM памяти со скоростью передачи данных, равной эквиваленту учет­веренного значения реальной частоты.

В компьютерах на базе процессора Pentium 4 некоторое время использовалась память RDRAM фирмы Rambus. Однако она ока­залась достаточно дорогой, не была поддержана производителями системных плат и процессоров (за исключением Intel) и не полу­чила широкого распространения. По прогнозам специалистов, эффективная частота памяти будет возрастать.

В 2002 г. основным видом памяти стала DDRIс эффективной частотой 333 и 400 МГц. Чипы этой памяти выполняются по 0,18; 0,16 и 0,13 мкм процессу. Память работает от 2,5 В. Объем модулей памяти до 1 Гб.

В 2003 и 2004 г. появится DDRII с частотами 400, 533, 600 и 666 МГц. Пропускная способность этой памяти варьируется от 3,2 Гб/с до 8,4 Гб/с в зависимости от частоты. Чипы этой памяти будут делаться по 0,09 мкм процессу. Модули памяти будут иметь 240 контактов, т.е. не будут совместимы с DDRI. Рабочее напря­жение 1,8 В, чипы будут выпускаться в объемах от 256 Мб до 2 Гб.

В 2006 г. появится стандарт памяти DDRIII, работающей на частотах от 666 до 1200 МГц. Чипы памяти будут сделаны по 0,065 мкм технологии, рабочее напряжение 1,5—2 В. Объемы мо­дулей памяти — от 1 до 4 Гб.

Системные шины.В суммарное быстродействие большой, мож­но даже сказать определяющий, вклад вносят внешние по отно­шению к системной плате компоненты, такие, как видеоадаптер и жесткий диск. Скорость обмена с видеопамятью, как правило, в несколько раз ниже, чем с ОЗУ, а с жестким диском она ниже уже более чем на порядок.

Основной характеристикой материнской платы после типа про­цессора является тип системной шины. Долгое время стандартом была шина ISA, обеспечивающая 16-разрядную передачу данных при 24-разрядной адресной линии и тактовую частоту 8 МГц. Мак­симальная пропускная способность этой шины 16 Мб/с.

Появление процессоров i386 и i486 привело к появлению бо­лее производительной шины EISA, обладающей пропускной спо­собностью до 33 Мб/с.

В 1993 г. локальная шина VLB заполнила рынок компьютеров. Эта шина имела пиковую пропускную способность 133 Мб/с. Од­нако шина VLB не была рассчитана на подключение более чем трех устройств одновременно. Эта шина имела ряд недостатков и часто не могла предотвратить конфликты одновременно работаю­щих устройств. Шина VLB разрабатывалась с учетом специфики процессора 80486, что сделало ее применение для других типов процессоров проблематичным.

Шина PCI была разработана фирмой Intel в качестве стандарта высокопроизводительных персональных компьютеров и рабо-их станций. Эта шина обеспечивает такую же производительность, ⁴ _{и ш}ина VLB. Официально предельной тактовой частотой для PCI считается 33,3 МГц, хотя встречаются системные платы, ра­ботающие с частотой 40 МГц.

Спецификация PCI 2.1 определяет работу с тактовой частотой 33 — 66 МГц и скоростью обмена до 520 Мб/с.

Переход частоты системной шины от 66 к 100 МГц позволил почти вдвое увеличить поток между процессором и системными компонентами, в том числе основной памятью и кэш-памятью второго уровня.

В середине апреля 1998 г. Intel начала поставки набора микро­схем 440ВХ с поддержкой 100 МГц шины для процессора Pentium П. В настоящее время наиболее популярны материнские платы, име­ющие шины PCI и ISA одновременно

Дисплеи и графические адаптеры.Сегодня в России присутству­ют примерно полтора десятка хорошо известных марок монито­ров: ViewSonic, Sony, Samsung, LG, Nokia, Hitachi, NEC, Pana­sonic, Mitsubishi, Philips, ADI, Scott (компания Zulauf), Belinea (компания Maxdata), Bridge, MAG, CTX, Acer и др.

Рынок мониторов представлен пятью основными технологи­ческими форматами: CRT (мониторы с электронно-лучевой труб­кой), LCD (жидкокристаллические), PDP (с плазменными пане­лями), FED (с полевой эмиссией) и LEP (светоимитирующие). Различаются мониторы также стандартом видеоплат VGA, SVGA, XGA, которые могут быть вытеснены новейшим цифровым фор­матом DVY.

Основной характеристикой мониторов, как известно, являет­ся размер диагонали экрана. Наиболее популярными мониторами на мировом рынке в сегменте массовых систем являются 17-дюй­мовые модели.

Сегменты мониторов с размерами экрана 19 и 21 дюймов по-прежнему занимают в целом около 5%, поскольку данный сег­мент остается консервативным и большую часть их покупателей До сих пор составляют пользователи-профессионалы, дизайнеры, специалисты САПР.

До недавнего времени основным видом мониторов были мо­ниторы с электронно-лучевой трубкой. Эти мониторы различаются по своим характеристикам: способу передачи сигнала, размеру экрана, типу электронно-лучевой трубки, разрешающей способ­ности в графическом режиме (числу точек по горизонтали и ^еРтикали), размеру зерна (величине точки люминофора на внут­ренней поверхности экрана), числу одновременно выводимых Цветов, кадровой частоте, способу формирования изображения, истеме управления, соответствию стандартам безопасности и т.п.

Размер экрана принято определять величиной диагонали мо­нитора. Наиболее распространенными являются мониторы с диа­гональю 14, 15, 17, 21 дюймов. Все мониторы имеют стандартное соотношение горизонтального и вертикального размеров 4:3. Мо­ниторы с диагональю 14 и 15 дюймов относят к разряду SOHO (малый офис/ домашний офис), а мониторы с размером диагона­ли 17 — 21 дюйм — к мониторам профессионального назначения. Величина полезной поверхности монитора несколько меньше.

Количество одновременно выводимых цветов неодинаково в различных типах мониторов (адаптер EGA имел 16 цветов из 64 возможных, с учетом палитры, адаптер VGA 16 из 262144 и т.п.). В настоящее время этот параметр определяется не столько типом монитора, сколько возможностями графического адаптера спе­циальной платы, управляющей работой монитора.

Размер зерна определяет четкость изображения. Чем меньше точки люминофора и меньше расстояние между ними, тем четче изображение. При характеристике мониторов указывают послед­нюю величину. Для современных моделей мониторов она лежит в диапазоне от 0,25 до 0,28 мм.

Стандартная кадровая частота монитора VGA была 60 Гц. По стандарту ErgoVGA кадровая частота должна быть 75 Гц. В этом случае мерцание экрана практически незаметно. По этому стан­дарту для разрешения 640 х 480 и 800 х 600 частота кадровой развертки должна быть не ниже 72 Гц, а для разрешения 1024x768 -70 Гц.

Способ формирования изображений может быть чересстроч­ный или построчный. В первом случае за один цикл кадровой развертки выводятся четные строки изображения, а за следую­щий — нечетные. Такой способ позволяет увеличить разрешаю­щую способность монитора в ущерб качеству изображения. Во вто­ром случае все строки выводятся за один период кадровой развертки. Использовать режимы с чересстрочной разверткой при работе с ГИС нецелесообразно.

Существенное влияние на качество изображения оказывает тип электронно-лучевых трубок (ЭЛТ). При грубом делении можно выделить ЭЛТ с теневой маской, которая применяется в телеви­зорах с 50-х годов XX в. и представляет собой металлический лист с множеством отверстий, число которых совпадает с числом зе­рен и Trinitron фирмы Sony с апертурной сеткой, которая пред­ставляет собой множество тонких вертикальных проводков. Труб­ки Trinitron позволяют осуществить более точную светопередачу, т.е. более пригодны для работы с графикой.

Излучение, исходящее от монитора, может оказать вредное воздействие на пользователя. Для его защиты используют различ­ные технические приемы. Разные страны и организации разраба­тывают требования и стандарты безопасности. Сейчас для про-

(Ьессиональных мониторов стандартом является ТСО 95 и более жесткий стандарт ТСО 99. Многие фирмы выпускают мониторы, удовлетворяющие требованиям менее жесткого шведского стан­дарта безопасности MPRII.

Таким образом, для большинства ГИС желательно использова­ние мониторов, имеющих размер 17 дюймов с величиной точки не ниже 0,26. При этом желательно иметь графический адаптер, который позволяет работать с разрешением 1024 х 768, 1280 х 1024

Таблица 8.3

Таблица 8.4