Классификация микропроцессоров, типы и характеристики выпускаемых МП комплектов. CISC и RISC процессоры

Министерство образования Российской Федерации

Негосударственное образовательное учреждение РИПТиБ

РЕФЕРАТ

НА ТЕМУ

Классификация микропроцессоров, типы и характеристики выпускаемых МП комплектов. CISC и RISC процессоры

Выполнил:

Сафиуллин М. А.

Проверил:

Хайруллина А. Ф.

Вступление 3

Различия между CISC и RISC процессорами 4

Процессоры, основанные на CISC архитектуре 5

16-ти разрядные процессоры i8086 - i80286 5

8086 5

8088 5

i80286 5

Появление первых 32-х разрядных камней 7

i80386 7

i80486 7

INTEL PENTIUM (P5) 8

Расцвет 32 разрядности 9

Intel Pentium Pro 9

Intel Pentium ММХ 9

Intel Pentium 2 9

Intel Pentium 3 9

Intel Pentium 4 9

32 разрядные процессоры от AMD 10

AMD K5 10

AMD K6 10

AMD K6-2 10

AMD K6-3 10

AMD Athlon (К7) 11

64-разрядные технологии AMD и Intel 12

Технология 12

Архитектура 12

Совместимость 13

Применение 14

Цена 14

Камни, которые мы потеряли 16

Процессоры Cyrix 16

Камни от IDT (Integrated Device Technology) 16

Процессоры, основанные на RISC архитектуре 17

Архитектура процессора UltraSPARC III и ее особенности 17

Краткое описание архитектуры 17

Конвейер 18

Порядок запуска команд на исполнение 18

Механизм предсказания ветвлений 19

Особенности реализации внешних интерфейсов микропроцессора 19

Интерфейс с основной памятью 20

Канал обмена с L2 кэш-памятью 20

Особенности реализации канала записи в L2 кэш-память 21

Системный интерфейс 21

Процессор PowerPC G5 23

Технологии MIPS процессоров от Silicon Graphics (SGI) 24

Alpha-процессор 25

Нейропроцессор 26

Биологический прототип 26

Принципы работы 26

Нейрожелезо 26

Нейропроцессор NM6403 27

Архитектура биопроцессора 28

Приложения 29

Приложение 1: Архитектура процессора PowerPC G5 29

Приложение 2: Сводная таблица параметров процессоров AMD 30

Приложение 3: Идентификация процессоров по их CPUID 33

Приложение 4: Упрощённая схема устройства CISC процессоров 36

Список используемой литературы 37

Вступление

В этой работе я постараюсь, как можно шире описать все, ну или почти все виды микропроцессоров и микропроцессорных технологий, существующих со времён, когда компания Intel выпустила первый в мире 16 разрядный процессор под маркировкой «8086».Был это 1978 год.… И, как говорится, понеслось: 16,32,64 разряда, разрабатывались новые и всё более совершенные технологии, совершенствовалось производство, падала цена… что для конечного пользователя не так уж и маловажно и зачастую является определяющим решением при покупке компьютера. Да и сейчас не каждый решится выложить $1200 за 64-х разрядный процессор Itanium от Intel’а.

Различия между CISC и RISC процессорами

Аббревиатура RISC (Reduced Instruction Set Computer) появилась в середине 80-х годов XX века, когда ученые из Беркли сообщили о создании "компьютера с ограниченным набором команд". Именно в те времена произошло великое разделение, и остальные компьютеры стали называть CISC (Complete Instruction Set Computer - компьютеры со сложным (расширенным) набором команд). Так, к CISC-процессорам относятся Intel 80x86 и Pentium, Motorola MC680x0, DEC VAX. Класс RISC-процессоров составляют такие монстры как Alpha, Sun, Ultra SPARC, MIPS, PowerPC и некоторые другие.

RISC-процессоры характеризуются следующими особенностями:

• удалены сложные и редко используемые инструкции;

• все инструкции имеют одинаковую длину, что позволяет уменьшить сложность управления процессором и увеличить скорость обработки команд;

• отсутствуют инструкции, работающие с памятью напрямую, все данные загружаются только из памяти в регистр и наоборот;

• отсутствуют операции работы со стеком;

• применение конвейера параллельных вычислений;

• большинство операций производятся за один такт микропроцессора.

Тактовая частота RISC-процессоров (при прочих равных условиях) выше CISC-процессоров, более того, в RISC - микропроцессорах появилась возможность работы различных его составляющих на разных тактовых частотах. Поэтому при указании тактовой частоты процессора выбирают его максимальную частоту.

Аббревиатура CISC означает Complete Instruction Set Computer – компьютер со сложным (полным) набором команд. Несмотря на то, что первый CISC-процессор был разработан компанией IBM (она до сих пор их использует в мейнфреймах типа IBM ES/9000), лидером производства считается компания Intel. CISC отличается малым количеством регистров общего назначения, большим количеством машинных команд (откуда следует и название). Это приводит к усложнению декодирования инструкций, что в свою очередь приводит к расходованию аппаратных ресурсов. Слабость CISC архитектуры заключается в том, что 80 процентов вычислений процессора приходилось на 20 процентов команд. Хоть в RISC процессорах как раз и используются только 20 процентов этих команд, но им требуется сложное программное обеспечение.

Процессоры, основанные на CISC архитектуре

16-ти разрядные процессоры i8086 - i80286

Процессоры вообще появились очень давно - в середине 50-х годов теперь уже прошлого века, правда, сначала в виде монстров, работающих в компьютере размером со среднее здание. Затем началась эра миниатюризации, и в производстве появились первые микропроцессоры. Компьютеры на их базе уже умещались не только в комнате, но даже на рабочем столе. Характерная черта этих процессоров - они были 8-битными.

8086

Следующим этапом развития камней становится 1978 год. Именно тогда Intel выпустил свой первый 16-разрядный проц с маркировкой «8086». Для своего времени этот камень имел неплохие характеристики: тактовая частота 5 МГц (позже появились процессоры 8 и 10 МГц), производительность 0,33 MIPS, технология 3 мкм, 29 тыс. транзисторов составляли кристалл, 1 Мб адресуемой оперативной памяти, конвейер 8086 имеет 6-байтную очередь инструкций. И самый главный бонус - инструкции стали уже с 16-битными операндами, то есть камни перешли на качественно новый уровень. Регистры и система команд были переработаны (в отличие от 8080), хотя некоторое сходство проследить можно. Это процессор получил признание общественности, но из-за дороговизны многие не могли его себе позволить.

8088

Через год на рынок выходит Intel-процессор 8088. Сущность ядра не изменилась, была немного повышена тактовая частота (стала около 10 МГц) и изменена шина данных: она стала 8-битной (напомню, что шина данных у 8086 16-разрядная). Это было сделано для снижения цены на камни и системы в целом, но, как ты понимаешь, любое уменьшение разрядности шины не приводит ни к чему хорошему, и поэтому модель 8086 получила довольно сильное общее снижение производительности. Ее предок, при равной тактовой частоте, работал на 20-60% быстрее, чем 8088! Функциональные различия этих процессоров, обусловленные разной разрядностью шины, проявляются только в способе подключения 8- и 16-разрядных внешних девайсов. Больше отличий от 8086 не объявлялось, и поэтому очень часто 8088 считают модификацией 8086. У этих процессоров уже включена возможность подключения сопроцессора (например, математического – он был необязательным и, к тому же, довольно дорогим). Команда выполняется в среднем за 12 тактов синхронизации. Эти камни стояли в IBM XT(позже еще и в IBM Turbo-XT) машинах и были предками современных железных мозгов наших компов.

i80286

В 1982 году Intel выпускает следующего представителя х86 семейства: Intel i80286 - процессор, в народе именовавшийся "двойкой". Этим процессором ознаменовывается попытка Интела ввести защищенный режим в массы: 286 камень поддерживал переход в него. Его характеристики: 134000 транзисторов (технология 1,5 мкм), адресация до 16 Мбайт физической памяти, способность адресоваться к виртуальной памяти размером до 1 Гбайт, 16-битная шина данных и очередь команд в 6 байт, частота от 10 МГц. Если кратко, то он имел 2 значительных плюса: защищенный режим и виртуальная память до 1 Гб. В начале 80-х годов эти преимущества 286 проца реализованы не были. Интел дал только задатки, но софтварный мир не был готов их реализовать - основной ОС был DOS, по определению работавший в реальном режиме и к тому же однозадачный. А виртуальная память в 1 Гб была лишней, особенно если вспомнить, что винт среднего ПК был не больше 100 метров. Кстати, для переключения в защищенный режим была введена специальная инструкция, обратный же переход был возможен только с помощью кнопки reset ;-).

Появление псевдомногозадачности (пседво потому, что если в твоей машине 1 процессор, то в определенный, пусть и малый момент, твоя ОС выполняет какую-то 1 задачу, хоть и переключается между ними очень быстро, создавая такой эффект) позволило создавать многозадачные ОС, типа Unix, Linux, BeOS и, конечно, винды. Дальнейшее развитие