Современная память для Pentium 4, Athlon u Celeron и Процессоры

В современных компьютерах с процессо­ром Pentium 4 применяются в основном два конструктива модулей оперативной памяти: 168-контактные мо­дули памяти DIMM (Dual In-line Memory Module) для памяти SDRAM и 184-контактные модули памяти DIMM для памяти DDR SDRAM. Реже исполь­зуются 184-контактные модули памяти RIMM (Rambus In-line Memory Module), разрабо­танные компа­нией Rambus совместно с Intel. Прежде чем покупать дополнительные мо­дули па­мяти, следует выяснить, имеются ли для них свободные разъемы на материнской плате вашего компьютера.

Память DDR SDRAM является улучшенным вариантом архитектуры SDRAM. Иногда этот тип памяти называют SDRAM—II. Микросхемы памяти позволяют переда­вать и при­нимать данные по восходящему и нисходящему уровням сигнала шины. Мак­симальная пропускная способность DDR SDRAM достигает 2,1 Гбайт/с при тактовой частоте системной шины 133 МГц. Пропускная способность памяти типа DDR200 вдвое больше, чем у памяти типа PC 100, с пиковым показа­телем до 1,6 Гбайт/с. Пропускная способность модулей типа DDR266 также вдвое больше моду­лей РС133 и достигает ско­рости 2,1 Гбайт/с.Пропускная способность оперативной памяти стан­дарта DDR II SDRAM в два раза выше пропускной способности обычной памяти типа DDR, рабо­тающей на той же частоте.

Память DDR II обратно совместима с памя­тью DDR, то есть контроллер памяти DDR II мо­жет работать как с памятью DDR, так и с памятью DDRII.

Часто при упоминании современной памяти употребляют словосочета­ние двух­каналь-ная память. Надо сказать, что термин «двухканальная па­мять» по отношению к памяти неверен, так как двухканальность относится не к са­мой памяти, а к чипсетам, в ко­торых контроллер па­мяти поддерживает об­мен данными с памятью одновременно через два канала, что теоретиче­ски повышает пропускную способность магистрали «чипсет -оперативная память» в два раза.

Двухканальный режим работы с памятью поддерживают, например, платы на чипсетах Intel 875/865 (Canterwood и Springdale). Чипсеты се­рии 875/865 авто­матически рас­познают конфи­гурацию подключенной памяти и активируют двухканальный режим, если это возможно.

Постоянное запоминающее устройство

Кроме вышеописанных микросхем и разъемов, на мате­ринской плате распо­ложена мик­росхема ПЗУ (постоянное запо­минающее устройство), ее еще называют ROM (Read Only Memory — Память только для чтения) с прошитой программой BIOS (Base Input Output System — Базовой системой ввода/вывода). Постоянное запоминающее устройство — микросхема, предназначенная для долговременного хранения данных, даже при отключенном компьютере. Эта микросхема ис­пользуется только на этапе начальной загрузки компьютера и содержит основные про­граммы для работы с периферийными устрой­ствами (дис­ками, памятью, клавиа­турой, видеоадаптером и т.д.), а также программу CMOS Selup — программу уста­новки начальных значений, например, параметров накопителя на же­стком диске. После окончания начальной загрузки содержимое ПЗУ переписывается в опера­тив­ную память компьютера. В большинстве производимых в настоящее время мате­ринских плат для хранения BIOS используется микросхема памяти типа EEPROM (Electrically Eras­able Programmable Read Only Memory — Электрически стираемая программируемая память), ко­торая может быть перепрограммирована при вклю­ченном компьютере.

На материнской плате также расположена микросхема CMOS RAM, в которую с помо­щью программы CMOS Setup записывается информация о составе и конфигу­рации оборудо­ва­ния, установленного на вашем компьютере. CMOS RAM является энергонезависимой, т.е. пи­тается от отдельной аккумуляторной батареи и кроме того, она же является систем­ными часами компьютера. Так что, если вы стали замечать, что часы, встроенные в ком­пьютер, начинают от­ставать или бежать вперед, то это означает, что пора менять бата­рейку, установленную на плате. Платы фирмы Gigabyte содер­жат две микро­схемы BIOS, что обеспечивает повышенный уровень защиты при заражении BIOS компьютерными вирусами.

Процессоры

Установленный на материнской плате микропроцессор выполняет программы, которые находятся в оперативной памяти. Как уже упоминалось ранее, на большинстве персональ­ных компьютеров используются микропроцессоры фирмы Intel. Фирма Intel является законодателем мод в области разработки микропроцессо­ров для персональных компью­теров. Ее новейшие микропроцессоры более произво­дительны, чем микропроцессоры конкурирующих фирм, хотя и стоят дороже. Основ­ным конкурентом фирмы Intel является компания AMD, которая выпускает процес­соры Athlon и Duron. Микропроцессоры этой фирмы сравнимы по производительно­сти с микропроцессорами фирмы Intel при одина­ковой тактовой частоте, но стоят де­шевле. Микро­процессоры корпорации VIA значи­тельно отстают по производитель­ности от микропроцессоров Intel и AMD и рассчитаны на заполнение ниши систем в нижнем ценовом диапазоне (low-end).

Микропроцессоры характеризуются следующими основными параметрами:

• степень интеграции;
• внутренняя и внешняя разрядность обрабатываемых данных;
• тактовая частота;
• память, к которой могут адресоваться микропроцессоры;
• объем установленной кэш-памяти.

Кроме того, микропроцессоры различаются по технологии производства, на­пряжению питания и др.

Степень интеграции микросхемы показывает, сколько транзисторных элементов может в ней уме­ститься. Например, для процессора Intel Pentium 4 на ядре Northwood с кэш ­памятью L2 512 Кбайт — это приблизительно 55 млн. транзисторов, расположен­ных на площади 146 мм².Внутренняя разрядность данных указывает количество бит, которое процес­сор может обрабатывать одновременно: 16, 32 или 64.Внешняя разрядность данных определяется разрядностью системной шины. Чем выше разрядность системной шины, тем выше ее пропускная способность и, как следствие, произво­дительность всей системы.

Процессоры Intel, используемые в IBM-совместных ПК, насчитывают более тысячи команд и относятся к процессорам с расширенной системой команд — CISC-процессоров (CISC — Complex Instruction Set Computing). В противоположность CISC-процессорам разработаны процессоры архитектуры RISC с сокращенной системой команд (RISC — Reduced Instruction Set Computing). При такой архитектуре количество команд намного меньше, и каждая команда выполняется быстрее. Таким образом, программы, состоящие из простых команд выполняются намного быстрее на RISC-процессорах. Обратная сторона сокращенной системы команд состоит в том, что сложные операции приходится эмулировать далеко не всегда эффективной последовательностью более простых команд. Поэтому CISC-процессоры используются в универсальных компьютерных системах, а RISC-процессоры — в специализированных. Для ПК платформы IBM PC доминирующими являются CISC-процессоры фирмы Intel, хотя в последнее время компания AMD изготовляет процессоры семейства AMD-K7, которые имеют гибридную архитектуру (внутреннее ядро этих процессоров выполненное по RISC-архитектуре, а внешняя структура — по архитектуре CISC).

Технология производства процессоров влияет на напряжение питания, такто­вую частоту и степень интеграции. Совсем недавно (Pemium II) стандартом счита­лась 0,35-микронная техно­логия {минимально возможное расстояние между электри­ческими цепями внутрен­него ядра процессора; чем меньше это расстояние, тем больше активных элементов можно разместить на единице площади), сейчас про­цессоры выпускаются по 0,13-микронной технологии, а в бли­жайшее время ожида­ется переход на 0,09-микронную.

• Внутренняя кэш-память CPU. Для повышения производительности систем процессоров Pentium в состав этих процессоров помимо описанной ниже внешней кэш-памяти включают внутреннюю кэш-память емкостью от 8 или 64 Кбайт — кэш-память первого уровня ( L1) Ее назначение — согласование скорости работы процессора и внешней кэш-памяти (кэш-памяти второго уровня)
• Внешняя кэш-память CPU. Впервые внешняя кэш-память появилась на материнской плате с процессором 80386 Емкость ее для процессоров этого класса составляла в среднем 128 Кбайт Для CPU 80486DX объем кэш-памяти был 256 Кбайт, реже — 512 Кбайт Процессоры взаимодействовали с внешней кэш-памятью через системную шину .Однако с увеличением тактовой частоты работы CPU скорость обмена данными между процессором и внешней кэш-памятью стала «тормозить» производительность системы .В компьютерах с процессором Pentium II кэш-память второго уровня размещена в картридже на плате процессора и работает на тактовой частоте, равной половине тактовой частоты процессора

Процессор Itanium перекладывает практиче­ски всю работу по оптимизации потока ко­манд на компилятор, разработчики которого должны хорошо знать микроархитектуру процессора. Программы, соз­данные для про­цессоров более ранних поколений, не­обхо­димо будет перекомпилировать, чтобы полу­чить преимущества Itanium. Кроме того, размер скомпили­рованного кода и время ком­пиляции могут увели­читься.

Itanium 2 — новый процессор на ядре McKinley, на 30-50% более производитель­ный, чем предшест­вующий. На новой микросхеме интегрировано около 410 млн. транзи­сторов, а объем кэш-памяти Itanium теперь составляет 6 Мбайт.

Процессор Athlon (Slot 1) — процессоры седьмого поколения от AMD. Про­цессоры Athlon использовали интерфейс Slot А, который хоть и был физически совмес­тим со Slot 1, но электрической совместимости с процессорами от Intel не имел, по­скольку процессоры AMD Athlon использовали системную шину Alpha EV6, разработан­ную фирмой DEC. Процессоры Athlon поддерживали наборы SIMD-инструкций 3DNow! и ММХ.

Процессоры Athlon для Slot 1 выпускались в процессорном картридже, внутри которого по­мимо ядра устанавливался кэш L2 объемом 512 Кбайт, работающий на 1/2, 2/5 или 1/3 от полной частоты ядра. Размер кэша первого уровня всех процессоров Athlon — 128 Кбайт (по 64 Кбайт на данные и инструкции).

Athlon имеет 3 целочисленных, 3 вещест­венночисленных и 3 адресных конвейера. Длина це­лочислен­ного конвейера — 10 стадий, длина вещест­венночисленного конвейера — 15 стадий.

Процессор Athlon (Socket А) имеет новое ядро Thunderbird Главная отличительная осо­бенность — наличие встроенного в ядро кэша вто­рого уровня размером 256 Кбайт и рабо­тающего на полной частоте ядра. Кэш L2 использовал 64-битную шину для связи с ядром.

С выходом Windows XP линейка Athlon была переименована в Athlon XP, а для марки­ровки про­цессоров стал применяться рейтинг, использование которого аргументируется особенностями архитектуры процессоров AMD.

Ядро Thoroughbred — это ядро Palomino, переведенное на 0,13-микронный технологиче­ский процесс. Архитектурно от предшественника не отличается. Использует 266-мега­герцевую шину и имеет площадь 80 мм2. Выпускаются модели с рейтингом от 1700+ до 2200+.

Ядро Thoroughbred-B — усовершенствованный вариант ядра Thoroughbred— Увеличена максимальная частота, на которой могут работать процессоры, изготовленные с приме­нением этого ядра, а также снижено тепловыделение. На основе Thoroughbred-B выпус­каются Athlon XP с рейтингами от 2400+ до 2800+ с частотами шины 266 и 333 МГц.

Ядро Barton — 0,13-микронное ядро, отличающееся от Thoroughbred и Thoroughbred-B увеличенным до 512 Кбайт кэшем второго уровня.

В новых 64-разрядных процессорах Athlon (Athlon 64) на архитектуре AMD64 реализо­вана технология динамического изменения тактовой частоты и напряжения питания ядра в зависимости от вычислительной нагрузки. Эта технология получила название Cool‘n‘Quiet (холодный и тихий), т.к. позволяет процессору не только сберегать энергию, но и за счет уменьшения ее потребления оставаться холодным, что, в свою очередь, по­зволяет уменьшить скорость вращения вентиляторов и уменьшить общий шум системы.

Процессоры Duron — линейка дешевых процессоров от AMD, представляю­щих собой Ath­lon и Athlon XP с уменьшенными частотами, урезанным до 64 Кбайт кэшем второго уровня и 200-мегзгерце­вой системной шиной. Устанавливаются в тот же самый про­цессорный разъем Socket А, что и процессоры Athlon/Athlon XP

Процессоры Crusoe благодаря компактности и низкому энергопотреблению, предназначены для работы в составе мобильных компьютеров, тонких клиентов, принте­ров, копировальных аппаратов, портативной бытовой электроники, приставок и ультра­тонких ПК (ultra—personal computers, UPC).

Компания Transmeta представила новый подход к проектированию микропроцессоров. Современные процессоры создаются с аппаратно зашитой системой команд (например, любой х86, типа Intel Pentium), и затем пишется программное обеспечение, использую­щее этот набор команд. Transmeta же пошла по принципиально другому пути. Вместо того чтобы как все иметь полный аппаратный набор х86 команд, процессор Crusoe со­стоит из компактного аппаратного ядра-движка, окруженного программным уровнем.

Процессор Crusoe TM8000 (Efficeon) изготавливается по 130 нм технологии, способен работать на тактовой частоте до 1,3 ГГц, потребляя менее 10 Вт. При этом Efficeon в два раза быстрее своего предшественника, Crusoe TM5800, — за счет выполнения восьми ин­струкций за машинный такт. Большей производительности способствует и увеличенный вдвое (в старшей модели — до 1 Мбайта) объем встроенной кэш-памяти, поддержка шин HyperTransport и AGP 4х (процессор поддерживается чипсетом NVIDIA nForce3 Gol20). С 2005 года Efficeon изготавливается по 65 нм техпроцессу, что позволяет поднять тактовую частоту до 2 ГГц при энергопотреблении 25 Вт..

В последнее время широкое распространение получили многопроцессорные системы, т.е. такие, в которых установлено несколько процессоров. Используя, например, два про­цессора, вы, теоретически, в два раза увеличиваете производительность системы, однако на практике это не так. Для создания многопроцессор­ной системы необходимо выполнение следующих условий:

• материнская плата должна поддерживать несколько процессоров, т.е. иметь дополни­тельные разъемы для установки процессоров и соответствующий чипсет (например,440BX,460GX, 840);
• процессор должен поддерживать работу в многопроцессорной системе (Pentium III Xeon, Itanium и др.);
• операционная система должна поддерживать работу с несколькими процессорами(Windows NT, Windows 2000, Windows XP, UNIX).

В процессе одновременной работы нескольких процессоров операционная система распределяет различные задачи между процессорами. Существуют два режима работы многопроцессорных систем — асимметричный и симметричный.

В режиме асимметричной обработки один процессор выполняет только задачи операци­онной системы, а другой — прикладные программы. Сжатие видео в формат MPEG-4, например, с использованием кодера Windows Media Encoder 7.1 быстрее выполняют Pentium 4. Однако при выполнении моделирования 3D объектов с использованием оптимизированных алгоритмов движка MAX—FX (игра Мах Payne) быстрее оказался процессор Athlon XP.

В тестах Winsione2001 и SYSmark2002 измеряется скорость работы приложе­ний. В первом из них система на базе Athlon XP почти не уступила системе на базе Pen­tium 4 с частотой 2,4 ГГц, но во втором не смогла обойти систему на базе Pentium 4 2,2 ГГц. Если приложения оптимизированы для использования инструкций SSE2, то Pentium 4 начинает работать заметно (до 40%) эффективнее.