Эффективность процессоров

Эффективность процессоров Cyrix

В маркировке процессоров  Cyrix/IBM 6x86, разработанных в качестве конкурентов Intel Pentium, первых версий Pentium II, а также AMD К5 и Кб используется шкала PR (Performance Rating — оценка эффективности), значения на которой не равны истинной тактовой частоте в мегагерцах. Например, процессор Cyrix 6x86MX/MII-PR366 фактически работает на тактовой частоте 250 МГц (2,5x100 МГц). Тактовая частота системной платы указанного процессора должна быть установлена так, чтобы соответствовать процессору с тактовой частотой 250, а не 366 МГц (как можно предположить по числу 366 на маркировке).

Замечу, что шкала PR может  подразумевать совершенно различные  тактовые частоты процессора. К примеру, Cyrix 6x86MX-PR200 может на самом деле работать на частотах 150, 165, 166 или 180 МГц, но не на 200 МГц.

Шкала PR была призвана служить  индикатором относительного быстродействия по отношению к процессорам Intel Pentium, однако сравниваемый процессор не поддерживает технологию ММХ, имеет маленький кэш первого уровня, запущенный на старой платформе материнской платы со старым набором микросхем системной логики и более медленной технологией памяти. Шкала PR не позволяет выполнить сравнение с процессорами Celeron, Pentium II и Pentium III. Другими словами, процессор MII-PR366 реально работает на тактовой частоте 250 МГц и по сравнению с аналогичными процессорами Intel Pentium, работающими на той же частоте, показывает более низкое быстродействие.

Эффективность процессоров AMD

Процессоры Athlon ХР, созданные в компании AMD, отличаются прекрасными рабочими характеристиками и обладают целым рядом других качеств, но при этом, к сожалению, возрождают печально известные традиции оценки эффективности. Обычно приводится некая условная величина, выраженная в мегагерцах, которая не столько определяет фактическое быстродействие той или иной микросхемы, сколько указывает на приблизительную оценку ее эффективности по отношению к процессору Intel Pentium 4 первого поколения, имеющему примерно те же параметры. Как бы странно это ни звучало, но это действительно так!

С течением времени и по мере эволюции архитектуры центральных  процессоров совершенствовались и  методы назначения рейтингов процессорам. Хотя AMD использует номера моделей для  идентификации новых семейств процессоров  Sempron и Athlon 64, данные номера никак не коррелируют с номерами моделей процессоров Intel. При назначении номера определенной модели процессора компании Intel и AMD принимают во внимание не только частоту, но и другие характеристики, такие как частота генератора, объем кэш-памяти второго уровня (L2) и т.д.

Что такое  кэш-память и её структура

Кэш-память – это сверхбыстрая память используемая процессором, для  временного хранения данных, которые  наиболее часто используются. Вот  так, вкратце, можно описать данный тип памяти. Кэш-память построена на триггерах, которые, в свою очередь, состоят из транзисторов. Группа транзисторов занимает гораздо больше места, нежели те же самые конденсаторы, из которых состоит оперативная память. Это тянет за собой множество трудностей в производстве, а также ограничения в объёмах. Именно поэтому кэш память является очень дорогой памятью, при этом обладая ничтожными объёмами. Но из такой структуры, вытекает главное преимущество такой памяти – скорость. Так как триггеры не нуждаются в регенерации, а время задержки вентиля, на которых они собраны, невелико, то время переключения триггера из одного состояния в другое происходит очень быстро. Это и позволяет кэш-памяти работать на таких же частотах, что и современные процессоры.

Кэш первого уровня (L1) – наиболее быстрый уровень кэш-памяти, который работает напрямую с ядром процессора, благодаря этому плотному взаимодействию, данный уровень обладает наименьшим временем доступа и работает на частотах близких процессору. Является буфером между процессором и кэш-памятью второго уровня. Кэш второго уровня (L2) – второй уровень более масштабный, нежели первый, но в результате, обладает меньшими «скоростными характеристиками». Соответственно, служит буфером между уровнем L1 и L3. Если обратиться снова к нашему примеру Core i7-3770 K, то здесь объём кэш-памяти L2 составляет 4х256 Кб = 1 Мб. Кэш третьего уровня (L3) – третий уровень, опять же, более медленный, нежели два предыдущих. Но всё равно он гораздо быстрее, нежели оперативная память. Объём кэша L3 в i7-3770K составляет 8 Мбайт. Если два предыдущих уровня разделяются на каждое ядро, то данный уровень является общим для всего процессора. Показатель довольно солидный, но не заоблачный. Так как, к примеру, у процессоров Extreme-серии по типу i7-3960X, он равен 15Мб, а у некоторых новых процессоров Xeon, более 20.

Режим системного управления

Режим системного управления (англ. System Management Mode, SMM) — режим исполнения на процессорах x86/x86-64, при котором приостанавливается исполнение другого кода (включая операционные системы и гипервизор), и запускается специальная программа, хранящаяся в SMRAM в наиболее привилегированном режиме.

Технология SMM была впервые  реализована в микропроцессоре  Intel 386 SL. Изначально SMM работал только на специальных процессорах (SL), но в 1992 году была внедрена в 80486 и Intel Pentium. AMD реализовала технологию в Enhanced Am486 (1994). Все более современные x86/x86-64 процессоры поддерживают её.

Среди возможных применений SMM:

Обработка системных ошибок, таких как ошибки памяти и чипсета;

Функции защиты, например выключение процессоров при сильном перегреве;

Глубокие уровни энергосбережения;

Управление питанием, например, схемами изменения напряжения (VRM);

Эмуляция периферии, которая  была не реализована на материнской  плате или реализация которой  содержит ошибки;

Эмуляция мыши и клавиатуры PS/2 при использовании таких же устройств с интерфейсом USB;

Централизованная конфигурация системы, например на ноутбуках Toshiba и IBM;

Обход систем защиты, встроенных в ОС[1];

Запуск высокопривилегированных руткитов, как было предложено на Black Hat 2008[2][3];

Эмуляция или передача вызовов на модуль Trusted Platform Module (TPM)[4];

 

MMX (Multimedia Extensions — мультимедийные расширения) — коммерческое название дополнительного набора инструкций, выполняющих характерные для процессов кодирования/декодирования потоковых аудио/видео данных действия за одну машинную инструкцию. Впервые появился в процессорах Pentium MMX. Разработан в лаборатории Intel в Хайфе, Израиль, в первой половине 1990-х.^[1][2]

 

 

 

SSE (англ. Streaming SIMD Extensions, потоковое SIMD-расширение процессора) — это SIMD (англ. Single Instruction, Multiple Data, Одна инструкция — множество данных) набор инструкций, разработанный Intel и впервые представленный в процессорах серии Pentium III как ответ на аналогичный набор инструкций 3DNow! от AMD, который был представлен годом раньше. Первоначально названием этих инструкций было KNI — Katmai New Instructions (Katmai — название первой версии ядра процессора Pentium III).

SSE включает в архитектуру  процессора восемь 128-битных регистров и набор инструкций, работающих со скалярными и упакованными типами данных.

SSE2 (англ. Streaming SIMD Extensions 2, потоковое SIMD-расширение процессора) — это SIMD (англ. Single Instruction, Multiple Data, Одна инструкция — множество данных) набор инструкций, разработанный Intel и впервые представленный в процессорах серии Pentium 4. SSE2 расширяет набор инструкций SSE с целью полностью вытеснить MMX. Набор SSE2 добавил 144 новые команды к SSE, в котором было только 70 команд.

SSE3 (PNI — Prescott New Instruction) — третья версия SIMD-расширения Intel, потомок SSE, SSE2 и MMX. Впервые представлено 2 февраля 2004 года в ядре Prescottпроцессора Pentium 4. В 2005 AMD предложила свою реализацию SSE3 для процессоров Athlon 64 (ядра Venice, San Diego и Newark).Набор SSE3 содержит 13 инструкций: FISTTP (x87), MOVSLDUP (SSE), MOVSHDUP (SSE), MOVDDUP (SSE2), LDDQU (SSE/SSE2), ADDSUBPD (SSE), ADDSUBPD (SSE2), HADDPS (SSE), HSUBPS (SSE), HADDPD (SSE2), HSUBPD (SSE2), MONITOR (нет аналога в SSE3 для AMD), MWAIT (нет аналога в SSE3 для AMD).

 

3DNow! — дополнительное расширение MMX для процессоров AMD, начиная с AMD K6 3D. Причиной создания 3DNow! послужило стремление завоевать превосходство над процессорами производства компании Intel в области обработки мультимедийных данных.

Технология 3DNow! ввела 21 новую команду процессора и возможность оперировать 32-битными вещественными типами в стандартных MMX-регистрах. Также были добавлены специальные инструкции, оптимизирующие переключение в режим MMX/3DNow! (femms, которая заменяла стандартную инструкцию emms) и работу с кэшемпроцессора. Таким образом технология 3DNow! расширяла возможности технологии MMX, не требуя введения новых режимов работы процессора и новых регистров.

Существует мало или вообще нет доказательств того, что вторая версия 3DNow! когда официально имела  свою торговую марку. Это привело  к некоторой путанице в документации, которая ссылается на этот набор  инструкций. Распространенные типы-Extended 3DNow! (Расширенный 3DNow!), Enhanced 3DNow! (Расширение 3DNow!) и 3DNow! +

 

Динамическое исполнение (Dynamic execution technology). Технология обработки данных в процессоре, обеспечивающая более эффективную работу процессора за счет манипулирования данными, а не простого исполнения списка команд. Динамическое исполнение представляет собой комбинацию трех технологий обработки данных: множественное предсказание ветвлений; анализ потока данных; спекулятивное (по предположению) исполнение.

 

Двойная независимая шина. Суть DIB в следующем: системной шиной пользуются как процессор, так и кэш память, и системная логика (чипсет). Для увеличения пропускной способности решили разделить шины процессора – Back side base (BSB) для кэш памяти и Front side base для чипсета. Front side base – это та самая FSB, указываемая в спецификациях к материнским платам. Следующим этапом повышения производительности процессоров явилось применение ММХ набора команд.

 

Hyper-threading (англ. Hyper-threading — Гиперпоточность, официальное название — Hyper-Threading Technology, HTT) — разработка компании Intel для реализации технологии «одновременной мультипоточности» (англ. Simultaneous multithreading) в процессорах на микроархитектуре NetBurst. Расширенная форма суперпоточности ruen (англ. Super-threading), впервые появившаяся в процессорах Intel Xeon и позднее добавленная в процессоры Pentium 4.

Эта технология увеличивает  производительность процессора при  определённых рабочих нагрузках  путём предоставления «полезной  работы» (англ. useful work) исполнительным устройствам (англ. execution units), которые иначе будут бездействовать; к примеру, в случаях кэш-промаха. Процессоры Pentium 4 (с одним физическим ядром) с включённым Hyper-threading операционная система определяет как два разных процессора вместо одного.

Многоя́дерный проце́ссор — центральный процессор, содержащий два и более вычислительных ядра на одном процессорном кристалле или в одном корпусе.

 

ZIF (от англ. Zero Insertion Force — нулевое усилие вставки) — разновидность процессорного разъёма, снабжённого подвижной планкой, управляемой рычагом и позволяющей устанавливать микросхемы с множеством контактов без существенных усилий. ZIF-разъём состоит из неподвижного основания с закрепленными в нём контактами и подвижной планки, размещённой параллельно основанию на направляющих. Контакты микросхемы проходят сначала через отверстия в планке, а затем через отверстия в основании. Основание снабжено специальным механизмом, управляемым рычагом и позволяющим двигать планку на небольшое расстояние (порядка миллиметра). В запертом разъёме рычаг параллелен плоскости разъема и для фиксации может быть зацеплен за специальный выступ на боковой стенке основания. При этом планка сдвинута так, что прижимает боковые поверхности контактов микросхемы к контактам в основании разъёма. При повороте рычага от плоскости разъёма механизм сдвигает планку в сторону, в результате она уже не прижимает контакты микросхемы и последняя может быть легко извлечена. Диаметры отверстий и контактов выбраны так, что в незапертом разъёме контакты микросхемы свободно входят в разъём, что позволяет многократно заменять микросхемы с сотнями контактов без риска их повреждения.

 

Разъём  центрального процессора — гнездовой или щелевой разъём (гнездо), предназначенный для установки в него центрального процессора. Использование разъёма вместо непосредственного припаивания процессора на материнской плате упрощает замену процессора для модернизации или ремонта компьютера, а также значительно снижает стоимость материнской платы.

 

Модуль  регулятора напряжения или VRM (англ. voltage regulator module) иногда PPM (англ. processor power module - «модуль питания процессора») - понижающий преобразователь, который обеспечивает микропроцессор соответствующим напряжением питания, преобразования +5 В или +12 В к значительно более низкой напряжения, необходимого процессору, что позволяет процессорам с различными напряжениями питания быть установлены на той же плате. Некоторые из них припаяны к материнской плате, а другие устанавливаются в свободный слот. Некоторые процессоры, такие как Intel Haswell, имеют функцию стабилизации напряжения компонентов на том же модуле, что и процессор, а не на материнской плате. Для большинства современных процессоров нужно менее 1,5 В. Более низкое напряжение помогает уменьшить рассеивание мощности процессора (TDP).

 

Математический  сопроцессор — сопроцессор для расширения командного множества центрального процессора и обеспечивающий его функциональностью модуля операций с плавающей запятой, для процессоров, не имеющих интегрированного модуля.

Модуль операций с плавающей  запятой (или с плавающей точкой; англ. floating point unit (FPU)) — часть процессора для выполнения широкого спектра математических операций над вещественными числами.

Простым «целочисленным»  процессорам для работы с вещественными  числами и математическими операциями требуются соответствующие процедуры  поддержки и время для их выполнения. Модуль операций с плавающей запятой  поддерживает работу с ними на уровне примитивов — загрузка, выгрузка вещественного  числа (в/из специализированных регистров) или математическая операция над  ними выполняется одной командой, за счёт этого достигается значительное ускорение таких операций.

 

Кодовые названия процессоров компьютера Разрабатывая процессоры, компании Intel, AMD и Cyrix всегда присваивают им кодовые названия. Предполагается, что они не будут широко использоваться, но зачастую все происходит наоборот. Кодовые названия встречаются в журнальных статьях, посвященных будущим поколениям процессоров, а иногда даже в руководствах по системным платам, поскольку они применяются еще до официального представления процессоров. Кодовые названия процессоров представлены в табл. 3.21.