При таком стремительном прогрессе микропроцессорной и компьютерной индустрии вполне возможно, что к 2011 г. микропроцессоры будут работать на тактовой частоте до 10 ГГц. При этом число транзисторов на каждом процессоре достигнет 1 миллиарда, а вычислительная мощность - 100 миллиардов операций в секунду.
Доминирующее положение на рынке универсальных микропроцессоров занимают микропроцессоры с системой команд х86. основными производителями которых являются компании Intel, AMD и VIA. Ежегодный рост выпуска таких микропроцессоров составляет 10—15%. Доля остальных микропроцессоров с RISC-архитектурой составляет около 20 % рынка.
В настоящее время производятся и используются вычислительные системы на базе микропроцессоров следующих архитектур.(таблица 1)
Таблица 1. Наиболее распространенные микропроцессорные архитектуры.
| Микропроцессорная архитектура | Компания-разработчик |
| X86 | Intel, AMD, Cyrix, IDT, Transmeta |
| La-64 | Intel |
| Power-PC | Motorola, IBM, Apple |
| Power | IBM |
| PA | Hewlett-Packard |
| Alpha | Hewlett-Packard(DEC) |
| SPARC | SUN |
| MIPS | MIPS |
| MAJC | SUN |
Исторически микропроцессоры с архитектурой х86 доминировали в персональных ЭВМ, а RISC-процессоры использовались в рабочих станциях, высокопроизводительных серверах и суперкомпьютерах. В настоящее время процессоры с архитектурой х86 несколько потеснили RISC-процессоры в их традиционных областях применения, в то же время, некоторые производители рабочих станций, например SUN, пытаются выйти со своими процессорами на рынок персональных ЭВМ.
На сегодняшний день основные производители микропроцессоров обладают примерно равными технологическими возможностями, поэтому в "борьбе за скорость" на первое место выходит фактор архитектуры. Архитектура микропроцессоров на протяжении ряда лет развивается по двум магистральным направлениям. В рамках каждого направления в той или иной степени используются ранее рассмотренные архитектурные приемы повышения производительности, но имеются и собственные приоритеты.
Первое направление получило условное название SpeedDaemon. Оно характеризуется стремлением к достижению высокой производительности главным образом за счет высокой тактовой частоты при упрошенной внутренней структурной организации микропроцессора.
Второе направление — Drainiac — связано с достижением высокой производительности за счет усложнения логики планирования вычислений и внутренней структуры процессора. Каждое из направлений имеет собственных противников и сторонников и, по-видимому, право на существование.
Компании — производители RISC-процессоров создали и активно развивают свои микропроцессорные архитектуры, обеспечивая обратную программную совместимость между поколениями микропроцессоров одного семейства при уменьшении технологических норм производства и увеличении -производительности.
Общей особенностью большинства RISC-микропроцессоров является высокоскоростная обработка 64-разрялных операндов с фиксированной и плавающей точкой. Построение функциональных узлов таких микропроцессоров требует сложных схемотехнических решений, что обусловливает использование большого числа транзисторов в логических схемах процессора и большого числа; слоев металлизации для осуществления межсоединений.
В поисках способов достижения максимальной производительности разработчики микропроцессоров с RISC-архитектурой все чаше позволяют себе отходить от ее канонических принципов. В то же время, в микропроцессора CISC-архитектуры, яркими представителями которых является семейство х8б, внедряются решении, наработанные при создании RISC-процессоров.
В этой главе, на примерах микропроцессоров различных компаний-производителей, будут рассмотрены основные архитектурно-технические решения, используемые в настоящее время при создании микропроцессоров.
Компания Intel является одной из передовых в производстве современных микропроцессоров. Компанию основали Роберт Нойс и Гордон Мур в 1968 году Intel переводится с английского «интегральная электроника». Бизнес-план компании был распечатан на печатной машинке Робертом Нойсом и занимал всего одну страницу. Предоставив его банку новообразовавшаяся компания получила кредит 2, 5 миллионов долларов .
Компания стала успешной в 1971 году, когда Intel начал сотрудничество с японской компанией Busicom. Intel получил заказ на двенадцать специализированных микросхем, но по предложению инженера Тэда Хоффа компания разработала один универсальный микропроцессор Intel 4004. Производительность этого процессора была сравнима с производительностью мощнейших компьютеров того времени. Следующим был разработан Intel 8008.
В 1990-е компания стала крупнейшим производителем домашних персональных компьютеров. Серии процессоров Pentium и Celeron до сих пор являются самыми распространёнными.
Одним из последних достижений компании Intel, призванным предоставить пользователям новые возможности мобильной работы, стала разработка технологи Centrino. Данная технология предусматривает использование в компьютере новых микропроцессоров PentiumM (на стадии разработки микропроцессор имел кодовое название Banias), нового чипсета Intel 855 и средств доступа к беспроводным сетям передачи данных семейства стандартов 802.11.
Основными чертами систем, построенных по технологии Centrino, являются: низкое энергопотребление, обеспечиваемое "интеллектуальной" системой управления частотой микропроцессорного ядра и напряжением питания - EnhancedSpeedStep, малые массогабаритные характеристики за счет реализации большинства системных функций в высокопроизводительном чипсете, а также расширенные коммуникационные возможности благодаря наличию встроенного контроллера радио-Ethernet.
Микропроцессор PentiumM, являющийся основным элементом технологии Centrino, содержит ряд новых решений, отличающих его от мобильных версий микропроцессоров PentiumIII и Pentium 4. К их числу относятся:
· усовершенствованное прогнозирование ветвлений. В микропроцессоре PentiumM одновременно используются три различных алгоритма предсказания ветвлений, выполняющие анализ условных и безусловных переходов, циклов, а также предыстории выполнения программы. При принятии решения выбираются результаты наиболее точного прогноза;
· объединение микроопераций. Микропроцессор объединяет для одновременного выполнения в различных функциональных блоках несколько микроопераций, являющихся продуктом декодирования CISC-команды. Параллельное выполнение нескольких микроопераций существенно повышает соотношение производительность/энергопотребление;
· усовершенствованное управление стеком. Управление стеком реализовано на уровне микроопераций, что позволило сделать этот процесс менее энергозатратным;
· улучшенная технология управления энергопотреблением EnhancedSpeedStep. В отличие от предыдущей версии этой технологии, поддерживающей два соотношения частота/напряжение питания, в PentiumM предусмотрено большее число соотношений, позволяющих обеспечивать требуемую для выполняемого приложения производительность при минимальном энергопотреблении. Следует отметить также экономию энергии при работе с системной шиной (усилители считывания данных процессора включаются по команде чипсета только на период приема данных) и кэш-памятью (активизируется только тот фрагмент кэша, к которому в данный момент осуществляется обращение).
Микропроцессор содержит блок векторных операций SSE2, раздельную кэш-память команд и данных первого уровня размером 32 Кбайт каждая, общую кэш-память второго уровня размером I Мбайт. Эффективная частота процессорной шины составляет 400 МГц, а частота работы процессорного ядра — от 0,9 до 1,6 ГГц. Мощность, потребляемая микропроцессором для тактовой частоты 1,6 ГГц, составляет 24,5 Вт.
Процессор производится по технологии 0,13 мкм и содержит на кристалле 77 млн транзисторов.
По производительности PentiumM с тактовой частотой 1,7 ГГц сравним с Pentium 4 — 2,5 ГГц. Средняя потребляемая мощность микропроцессора составляет от 1 до 7 Вт, а максимальная — не превышает 25 Вт.
Core 2 Duo - x86-совместимый процессор. Принадлежит семейству процессоров Intel Core 2.
Core 2 Duoи Core 2 Extreme, разработан на основе IntelPentiumM (архитектура PentiumPro), обогащённым лучшими наработками архитектуры NetBurstи рядом совершенно новых технологий:
· Intel Wide Dynamic Execution— технология выполнения большего количества команд за каждый такт, повышающая эффективность выполнения приложений и сокращающая энергопотребление. Каждое ядро процессора может выполнять до четырех инструкций одновременно с помощью 14-стадийного конвейера
· Intel Intelligent Power Capability— технология, с помощью которой для исполнения задач активируется работа отдельных узлов чипа по мере необходимости, что значительно снижает энергопотребление системы в целом
· Intel Advanced Smart Cache— технология использования общей для всех ядер кэш-памяти L2, что снижает общее энергопотребление и повышает производительность, при этом, по мере необходимости, одно из ядер процессора может использовать весь объём кэш-памяти при динамическом отключении другого ядра
· Intel Smart Memory Access— технология оптимизации работы подсистемы памяти, сокращающая время отклика и повышающая пропускную способность подсистемы памяти
· Intel Advanced Digital Media Boost— технология обработки 128-разрядных команд SSE, SSE2 и SSE3, широко используемых в мультимедийных и графических приложениях, за один такт
Все процессоры Core 2 Duo работают с тактовой частотой системной шины (Front Side Bus, FSB) 266 МГц, в то время как большинство моделей Pentium 4 и Pentium D используют 200-МГц шину. За исключением процессоров начального уровня, все модели оснащены 4 Мбайт кэша L2, который используют оба процессорных ядра. Все процессоры поддерживают 64-битные расширения Intel (EM64T), мультимедийные инструкции (SSE2 и SSE3), технологию виртуализации (VT) и бит запрета выполнения (XD). Кроме этих функций, все модели поддерживают последние технологии управления энергопотреблением вроде Thermal Monitor 2 (TM2), Enhanced Halt State (C1E) и Enhanced SpeedStep (EIST).