Характеристики микропроцессоров фирм Intel и AMD

 

В компьютерном мире вопрос, что лучше AMD или Intel является провокационным и зачастую за ним следует удаление задавшего его из дискуссии. И, тем не менее, вопрос это весьма важен, поскольку выбирая тип центрального процессора (ЦП), фактически пользователь выбирает конфигурацию будущего персонального компьютера (ПК). В 2019 году, когда в мире производителей микросхем идёт вялотекущая конкуренция, особой разницы в устройстве или производительности нет. Да, они, бесспорно, имеют разный внешний вид и расположение выводов, у них даже разные типы сокетов – LGA и PGA, и даже немного (примерно на 5%) отличается набор инструкций. Однако, суть от этого остаётся неизменной – по сути это абсолютно одинаковые ЦП, имеющие главный признак похожести – систему команд, совместимую с х86.

Остальные нюансы являются либо техническими, либо маркетинговыми. Рассмотрим сравнение ЦП от разных производителей и укажем на ключевые, различия в них производительности у этих чипов нет.

достоинствам Intel можно отнести:

 

поддержку большинства передовых технологий и нововведений;

программное обеспечение (ПО), максимально «заточенное» под этого производителя;

высокую производительность при комплексном тестировании ЦП;

ориентированность на комплексные сетевые задачи;

относительно низкий нагрев кристалла ЦП.

 

Недостатки:

 

высокая цена;

частая смена платформы и сокетов;

медленное графическое ядро;

большое количество моделей без перспектив развития и апгрейда.

Достоинства AMD:

 

меньшая цена при той же производительности;

высокая производительность при работе с мультимедиа, 3D-графикой, играми;

хорошая работа с «математикой»;

хорошо реализованное графическое ядро;

возможности апгрейда есть практически у всех систем.

Недостатки:

 

Отсутствие или малое количество ПО, написанного исключительно для AMD (кроме задач мультимедиа или для игр);

некоторые проблемы с реализацией многоядерности (но это можно рассматривать, как следствие предыдущего пункта);

«топы» АМД в каждом сегменте хоть на 2-10%, но медленнее аналогичных ЦП от Интел;

относительно высокий нагрев.

6. Описание особенностей архитектур микропроцессоров

 

Архитектура микропроцессоров. Эта глава посвящена архитектурным особенностям микропроцессоров. В ней приведены общие сведения о микропроцессорах, рассматриваются принципы (структурно функциональной организации) типы данных, регистровая память, способы адресации и система команд микропроцессоров. Излагаемый материал иллюстрируется на простейших 8– и 16–разрядных процессорах.

Микропроцессорная система представляет собой функционально законченное изделие, состоящее из нескольких цифровых устройств, включая процессор. Это понятие объединяет широкий набор законченных изделий, начиная с микроконтроллеров, выполненных на интегральных микросхемах, и кон­чая компьютерными системами, представляющими собой набор отдельных конструктивно оформленных устройств (системный блок, клавиатура, монитор и др.). В дальнейшем рассматриваются простейшие (однокристальные) микропроцессорные системы, содержащие помимо процессора основную память и устройства ввода/вывода. Такие микропроцессорные системы можно отнести к классу микро­процессоров. Под организацией процессора понимают совокупность его узлов (устройств, блоков, модулей), связи между узлами и их функциональные характе­ристики. Организация определяет аппаратную организацию процессора, т. е. состав и взаимодействие его аппаратных средств. Выделяют два уровня организации: ● физическую организацию в виде принципиальной схемы; ● логическую организацию в виде структурно–функциональной схемы. В дальнейшем рассматривается организация микропроцессоров на логическом уровне, или структурно–функциональная организация процессоров. Под архитектурой процессора будем понимать совокупность его программно–аппаратных средств, обеспечивающих обработку цифровой информации (выполнение программы), т. е. совокупность всех средств, доступных программе (или пользователю). Это более общее понятие по сравнению с понятием организация включает в себя набор программно–доступных регистров и операционных устройств, систему основных команд и способов адресации, объем и организацию адресуемой памяти, виды и способы обработки данных (обмен, прерывания, примой доступ к памяти).

{xtypo_quote}Например, современные 32–разрядные процессоры х86 с архитектурой IA–32 (Intel Architecture — 2 bit) имеют стандарт­ный набор регистров, общую систему основных команд, одинаковые способы организации и адресации памяти, защиты памяти и обслуживания прерываний. Отметим, что понятие архитектуры в большей степени характеризует свойства системы, чем устройства. {/xtypo_quote}

Архитектур микропроцессоров по пути рас­ширения функциональных возможностей и снижения затрат на программиро­вание привело к увеличению числа команд в наборе и числа микрокоманд в команде. Следствием этого явилось усложнение интегральных схем и снижение быстродействия выполнения программ. Один из возможных путей устранения указанных недостатков состоит в использовании сокращенного набора команд, организация которого подчинена увеличению скоростей их выполнения;

На протяжении всей истории развития вычислительной техники предпринимались попытки (прежде всего со стороны разработчиков программных средств) стандартизировать архитектуру процессоров, что существенно расширило бы область применения создаваемого программного обеспечения. Осознав безуспешность попыток добиться совместимости на уровне системы машинных команд, разработчики пытались стандартизировать язык ассемблера, языки высокого уровня, языки интерфейса прикладных программ с операционными системами.

 

7.  Взаимосвязь процессора и периферийных устройств

Оперативная память и центральный процессор составляют ядро компьютера. В этом разделе мы рассмотрим, как это ядро, которое мы будем называть компьютером, взаимодействует с периферийными устройствами, такими как запоминающие устройства, принтеры, клавиатура, мышь, монитор и даже другие компьютеры.

Взаимодействие между компьютером и другими устройствами обычно проходит через промежуточное устройство, которое называется контроллером (controller). Если говорить о персональном компьютере, то контроллер представляет собой монтажную плату, которая вставляется в гнездо главной монтажной платы компьютера (motherboard — материнской платы). Контроллер с помощью кабелей соединен с периферийными устройствами, находящимися внутри компьютера, или с соединительными разъемами, к которым подключаются внешние устройства. Часто контроллер сам является небольшим компьютером, обладающим своей собственной запоминающей схемой и центральным процессором, который выполняет программу, управляющую действиями контроллера.

Контроллер конвертирует сигналы и данные в обоих направлениях в форматы, совместимые с внутренними характеристиками компьютера и характеристиками периферийного устройства, которые он соединяет. Таким образом, каждый контроллер создается для определенного устройства. Поэтому новые периферийные устройства иногда продаются вместе с контроллером. Контроллер, который использовался для старого дисковода, может быть несовместим с новым дисководом. Сложность как самих процессоров, так и создаваемых с их использованием программных систем.

Когда контроллер вставляется в гнездо материнской платы, он подсоединяется к той же шине, которая соединяет центральный процессор и оперативную память. Поэтому каждый контроллер может отслеживать сигналы, выдаваемые в шину центральным процессором и оперативной памятью, а также добавлять свои собственные сигналы. В частности, центральный процессор способен взаимодействовать с контроллерами, подключенными к шине, так же как он взаимодействует с оперативной памятью. Для того чтобы послать цепочку битов контроллеру, прежде всего ее нужно поместить в один из регистров общего назначения, после чего выполнить команду, подобную команде сохранения, чтобы «сохранить» код в контроллере. Точно так же, для того чтобы получить цепочку битов от контроллера, исполняется команда, похожая на команду загрузки. В некоторых компьютерах предусмотрены дополнительные коды операции для этих действий. Команды с такими кодами называются командами ввода-вывода. Команды ввода-вывода находят контроллер с помощью системы адресации, подобной системе адресации оперативной памяти. А именно каждому контроллеру соответствует уникальный набор адресов (адреса ввода-вывода), которые используются в командах ввода-вывода для указания контроллера-адресата. Набор адресов, соответствующих контроллеру, называется портом (port), так как они представляют собой «место» через которое информация входит в компьютер и выходит из него. Поскольку адреса ввода-вывода могут иметь такой же вид, как адреса ячеек оперативной памяти, шины компьютеров снабжены сигналом, который показывает, передается сообщение в оперативную память или в контроллер. Следовательно, на команду ввода-вывода отослать содержимое регистра определенному контроллеру центральный процессор будет реагировать так же, как на команду отослать цепочку битов в определенную ячейку памяти, только при этом он выставит сигнал, который сообщит устройствам, подключенным к шине, что цепочка битов предназначена для такого-то контроллера, а не для оперативной памяти.

 

8. Чипсет и периферийные устройства связь

 

Чипсет (chIPset) - это набор БИС (обычно 1-3 микросхемы), функционально эквивалентный микросхемам, входящим в стандартную конфигурацию микропроцессорной системы.Как правило, чипсет интегрирует в себе функции следующих устройств: контроллера оперативной памяти; контроллеров кэш-памяти 2-го и/или 3-го уровня;

контроллеров ПДП;

контроллеров приоритетных прерываний;

контроллера клавиатуры;

контроллера мыши PS/2;

контроллера инфракрасного порта;

таймера реального времени;моста шины PCI;

моста шины ISA и др.

Обычно в составе чипсета выделяют:

северный мост (North Bridge) - системный контроллер, в который входит контроллер системной шины, шин AGP и PCI, ОЗУ и кэш-памяти (для наборов под обычный Pentium);

южный мост (SOUTh Bridge) - периферийный контроллер, включающий контроллеры EIDE, клавиатуры, моста PCI-to-PCI, последовательных/параллельных портов, шины USB и других подобных устройств.

Выбор чипсета во многом определяет конфигурацию МПС и ее производительность. Если МП можно заменить, а емкость ОЗУ увеличить, то замена чипсета однозначно связана с заменой системной платы, а ограничения чипсета также однозначно ограничивают возможности замены других элементов МПС: МП, ОЗУ, внешних устройств.

Чипсет накладывает ограничения на следующие функциональные характеристики системы в целом: тип памяти, тип кэш-памяти второго и/или третьего уровня, тип МП, максимальная частота системной шины, тип шины PCI (32- или 64-разрядная); поддержка многопроцессорной конфигурации и некоторые другие характеристики.

Практика показывает, что разница в производительности системных плат разных фирм, построенных с применением одного и того же чипсета, составляет от силы несколько процентов, между тем как тот же параметр для различных чипсетов может отличаться на порядок.

Причины разделения чипсета на две части следующие:

1.Различия скоростных режимов работы.

Северный мост работает с самыми быстрыми и требующими большой пропускной способности шины компонентами. К числу таких компонентов относится видеокарта и память. Однако сегодня большинство процессоров имеют встроенный контроллер памяти, а многие и встроенную графическую систему, хотя и сильно уступающую дискретным видеокартам, но все же часто применяемую в бюджетных персональных компьютерах, ноутбуках и нетбуках. Поэтому, с каждым годом нагрузки на северный мост снижаются, что уменьшает необходимость разделения чипсета на две части.

2. Более частое обновление стандартов периферии, чем основных частей ЭВМ.

Стандарты шин связи с памятью, видеокартой и процессором изменяются гораздо реже, чем стандарты связи с платами расширения и периферийными устройствами. Что позволяет, в случае изменения интерфейса связи с периферийными устройствами или разработки нового канала связи, не изменять весь чипсет, а заменить только южный мост. К тому же северный мост работает с более быстрыми устройствами и устроен сложнее, чем южный мост, так как от его работы во многом зависит общая производительность системы. Поэтому его изменение - дорогая и сложная работа. Но, несмотря на это, наблюдается тенденция объединения северного и южного моста в одну интегральную схему.

 

 

9. Интерфейсы периферийных устройств

 

Интерфейс SCSI был разработан в конце 1970-х годов и предложен организацией Shugart Associates. Первый стандарт на этот интерфейс был принят в 1986 г. SCSI определяет только логический и физический уровень. Устройства, подключенные к шине SCSI, могут играть две роли: Initiator (ведущий) и Target (ведомый), причем одно и то же устройство может быть как ведущим, так и ведомым. К шине может быть подключено до восьми устройств. Каждое устройство на магистрали имеет свой адрес (SCSI ID) в диапазоне от 0 до 7. Одно из этих устройств - хост-адаптер SCSI. Ему обычно назначают SCSI ID = 7. Хост-адаптер предназначен для осуществления обмена с процессором. Хост-адаптер, как правило, имеет разъемы для подключения как встраиваемых, так и внешних SCSI-устройств.

 

Стандарт SCSI определяет два способа передачи сигналов - синфазный и дифференциальный. В первом случае сигналы на линиях имеют ТТЛ-уровни, при этом длина кабеля ограничена 6 м. Версии шины SCSI с дифференциальной передачей сигнала ("токовой петлей") дают возможность увеличить длину шины до 25 м.

 

Чтобы гарантировать качество сигналов на магистрали SCSI, линии шины должны быть с обеих сторон согласованы при помощи набора согласующих резисторов, или терминаторов. Терминаторы должны быть установлены на хост-адаптере и на последнем устройстве магистрали. Обычно используют один из трех методов согласования:

 

пассивное согласование при помощи резисторов;

FPT (Force Perfect Termination) - улучшенное согласование с исключением перегрузок при помощи ограничительных диодов;

активное согласование при помощи регуляторов напряжения.

Обмен данными между устройствами на шине SCSI происходит в соответствии с протоколом высокого уровня на основе стандартного списка команд - CCS (Common Command Set). Этот универсальный набор команд обеспечивает доступ к данным с помощью адресации логических, а не физических блоков. С внедрением в спецификацию CSS команд, поддерживающих приводы CD-ROM, коммуникационные устройства, сканеры и др. (стандарт SCSI-2), стала осуществимой работа практически с любыми блочными устройствами.

 

На магистрали SCSI возможны синхронные и асинхронные передачи. В асинхронном режиме передача данных сопровождается сигналом запроса и заканчивается только после получения сигнала подтверждения. При синхронной передаче данных ведущее устройство не дожидается сигналов подтверждения перед выдачей сигнала запроса и приема следующих данных. После выдачи определенной серии импульсов запроса ведущее устройство сравнивает его с числом подтверждений, чтобы удостовериться, что группа данных принята успешно. Т.к. в этом режиме все равно участвуют сигналы квитирования, его еще называют асинхронным с согласованием скорости.

В исходном стандарте шина SCSI имеет восемь линий данных. Для повышения производительности в спецификацию SCSI -2 введен так называемый широкий (Wide) вариант шины данных, предусматривающий наличие дополнительных 24 разрядов. Для повышения пропускной способности шины SCSI было предложено увеличить тактовую частоту обмена примерно в два раза, что послужило основой нового стандарта - Fast SCSI -2. Дальнейшее увеличение пропускной способности шины привело к появлению стандарта UltraSCSI (см. табл. 15.1).

Таблица 15.1. Сравнение различных вариантов интерфейса SCSI-2

Стандарт