Книга: Компьютер. Большой самоучитель по ремонту, сборке и модернизации

Сага о процессорах Intel

Сага о процессорах Intel

История современных микропроцессоров начинается с 15 нояб ря 1971 года – именно тогда компания Intel выпустила свой первый микропроцессор Intel 4004. Но мы не будем настолько углубляться в историю, а сразу перейдем в «эру персональных компьютеров», которая началась в 1981 году, когда компания IBM выпустила первый персональный компьютер (IBM Personal Computer, IBM PC).

Первый IBM PC был оснащен 8-битным процессором Intel 8086. «8-битный процессор» означает, что такой процессор за один такт мог обработать всего 8 бит (1 байт). В 1984 году появился 16-битный (еще говорят – 16-разрядный) процессор Intel 80286. Компьютеры, оснащенные таким процессором, назывались «двоечками».

Первый 32-битный процессор Intel 80386 появился в 1985 году. Заметьте, до недавнего времени все процессоры, которыми оснащались персональные компьютеры, были 32-битными, разрядность оставалась, изменялась лишь технология и алгоритмы обработки информации (ну и конечно же, рабочая частота процессоров). Кроме разрядности, производительность процессора характеризует тактовая частота: это число основных операций компьютера, производимых в секунду. Частота измеряется в герцах. Можно сказать, что чем выше тактовая частота, тем быстрее работает процессор. Правда, так было раньше. Сейчас многое решает технология, например двуядерный процессор, работающий на частоте чуть более 2 ГГц, будет быстрее одноядерного процессора, который работает на частоте 2,5 ГГц. Частота процессоров 80286 не превышала 12 МГц, а частота процессоров 80386 была не более 32 МГц.

После этого появился процессор 80486 (1989 год, до 133 МГц), за ним последовал знаменитый процессор Pentium (до 200 МГц) – 1993 год (рис. 2.1). Усовершенствованные версии этого процессора появились в 1995-м: Pentium Pro и Pentium MMX (до 233 МГц). Первый предназначался для мощных (на то время) серверов и стоил довольно дорого. А второй был похож на обычный Pentium, но в него были добавлены инструкции для обработки мультимедиаданных. В 1997 году компьютер на базе процессора Pentium MMX 166 Mhz с 16 Мб ОЗУ, 1 Гб на жестком диске, приводом CD-ROM и 14?? монитором стоил 800 долларов.

Также в 1997 году появился первый процессор Pentium II (до 450 МГц; рис. 2.2). В 1998 году данный процессор был несколько усовершенствован. Pen tium II был выполнен в виде картриджа, напоминающего картридж игровой приставки. До этого процессоры Intel устанавливались в разъем, называемый «гнездо» (Socket), а Pentium II устанавливался в разъем, который был назван Slot-1 (он напоминает слот расширения на материнской плате).

В 1998 году была выпущена облегченная версия Pentium II – процессор Intel Celeron (до 433 МГц для Slot-1). Первые версии Celeron не имели кэш-памяти (специальная быстродействующая память, использующаяся для быстрого доступа к информации, которую недавно использовал процессор) второго уровня, поэтому работали медленнее, чем Pentium II. Но чуть позже были выпущены процессоры Celeron, которые по своей производительности превосходили процессоры Pentium II.

В 1999 году был выпущен процессор Pentium III на базе ядра Katmai. Он также был выполнен в виде картриджа (слот для этого процессора назывался Slot II), тактовая частота достигала 600 МГц. Особенность данного процессора – инструкции SSE (Streaming SIMD Extensions) и расширенный набор команд MMX.

Также в 1999 году был выпущен процессор Pentium III на базе ядра Coppermine (рис. 2.3). Заявленная тактовая частота – до 1200 МГц. Первые процессоры на базе Coppermine работали довольно нестабильно в предельных режимах, что подмочило репутацию компании Intel. По зже Intel исправилась. В отличие от Pentium II и первого Pentium III, данный процессор выполнен не в виде картриджа, а в виде обычного процессора (гнездо называлось Socket 370). Еще в 1999 году появился процессор Intel Celeron Coppermine – усовершенствованная версия Intel Celeron; как и PIII Coopermine, новый Celeron устанавливался в гнездо Socket 370, а его частота не превышала 1100 МГц.

Рис. 2.3.Процессор pentium iii (для socket 370)

Если не учитывать совсем уж древние экспонаты, а принимать во внимание процессоры не ниже Pentium, то они устанавливались в следующие разъемы:

• Socket 7 – процессоры Pentium (c 1994 по 1997 год);

• Slot-1 – процессоры Pentium II (c 1998 по 2000 год);

• Slot-II – процессоры Pentium III (с 1999 по 2000 год);

• Socket 370 – процессоры Pentium III (c 1998 по 2001 год).

Процессоры, появившиеся в 2000–2007 годах, будем считать современными. Конечно, относительно современными. Ведь компьютерная техника развивается очень быстро. Тем не менее, например, тот же Pentium IV, который появился в 2000 году, можно до сих пор купить… новым. Поэтому о процессорах, которые появились с 2000 по 2007 год, поговорим подробнее. Как-никак это современные процессоры, с которыми мы работаем чуть ли не каждый день.

В 2000 году появился про цессор Pentium IV Willamette. Это был принципиально новый процессор, поддерживающий гиперконвейеризацию и много других передовых технологий. Процессор устанавливался в разъем Socket 423 (рис. 2.4), а его частота не пре вышала 2 ГГц для процессоров, выпу щенных в 2000 году. Плат форма Socket 423 продержалась на рынке процессоров рекордно мало: всего девять месяцев. С ноября 2000 по август 2001 го да. Больше Intel не поддерживает данную платформу. Она оказалась переходной, что вызвало негодование у многих пользователей. Судите сами. Вы покупаете новейший процессор (в конце 2000 года это был Pentium IV/Socket 423), выкладываете за новое «железо» много денег (новинки компьютерного мира всегда стоят дорого, через полгода цены идут на спад), и тут вас ждет сюрприз. Через девять месяцев Intel отказывается от текущей платформы и выходит на рынок с новой – Socket 478. Старое «железо» уже никому не нужно, да и модернизировать его не получится – нужно только менять материнскую плату.

В 2001 году была выпущена усовершенствованная версия процессора Pentium IV Northwood, работающая на более высокой частоте – до 2,8 ГГц. Новый Pentium IV устанавливался в разъем Socket 478 (рис. 2.5). У данного процессора было 512 Кб кэша второго уровня (о том, что это такое, мы поговорим отдельно, но чуть позже), что в два раза больше, чем у предыдущей модели.

Новый процессор мог работать с оперативной памятью следующих типов: RD-RAM (Rambus), SD-RAM и DDR-RAM. Понимаю, что пока это вам ни о чем не говорит, но чуть позже вы поймете что к чему.

Принципиально новый тип памяти RD-RAM должен был обеспечить невиданную раньше производительность персональных компьютеров. Но RD-RAM была очень дорогой памятью, из-за чего не получила широкого распространения. Поэтому сначала Intel выпустила материн ские платы, поддерживающие только SD-RAM-память, а потом и DDR-память. Но SD-RAM-память обеспечивала всего лишь треть от заявленной производительности RD-RAM.

Однако продавать процессоры все же было нужно. Поэтому многие инструменты для кодирования видео (а именно под операции с мультимедиа был «заточен» Pentium IV) были оптимизированы под SSE2. Это позволило увеличить производительность до такой степени, что кодирование видео могло производиться даже в реальном времени.

Чуть позже были представлены материнские платы (чипсеты 845D и 845GD), позволяющие работать только с DDR. Причина – завершение лицензионного соглашения с Rambus, разработчиком RD-RAM. Пропускная способность памяти на этих чипсетах была всего 2 Гбайт/с (у RD-RAM данный показатель был на уровне 3,3 Гбайт/с), зато сама память, да и материнские платы были заметно дешевле.

Чуть позже появилась двухканальная DDR-память, в результате чего пропускная способность DDR-памяти возросла до 5 Гбайт/с. И «Рамбусу» пришел конец. Нет смысла покупать дорогущую RD-RAM, если дешевая DDR-память обеспечивает большую производительность!

В 2002 году появился процессор Celeron (Willamette-128). По сути, это облегченная версия Pentium IV, работающая на частоте до 2 ГГц и устанавливающаяся в разъем Soket 478.

Следующая платформа – Socket LGA775 (рис. 2.9). Данная платформа появилась в июне 2004 года и до сих пор является основной платформой Intel. Если вы купите компьютер с процессором Intel, то процессор будет устанавливаться в разъем Socket LGA775.

У новой платформы есть своя особенность – все контакты перенесены на сокет, на процессоре вы их больше не увидите.

Сначала для нового сокета был заявлен процессор Pentium IV Extreme Edition 3,4 ГГц (ядро Gallatin). Он с легкостью обошел в тестах Pentium IV предыдущего поколения (для Socket 478).

Как обычно, для новой платформы Intel подготовила два процессора: Pentium IV и его облегченную версию – Celeron D. У нового Celeron D меньше кэш второго уровня – всего 256 Кб.

В начале 2005 года был выпущен Pentium IV с кэшем второго уровня 2 Мб. В качестве «топовой» модели был представлен процессор с частотой 3,6 ГГц. Но так уж получилось, что новый Pentium IV с большим кэшем работает медленнее, чем модель 2004 года. Во всяком случае, в тестах он медленнее, чем предыдущая модель. Да и стоит дороже.

В 2005 году была выпущена и «экстремальная версия» (обновленная) – Extreme Edition Pentium IV. Он практически аналогичен обычному Pentium IV (модели 2005 года), но работает на частоте системной шины 1066 МГц (против 800 МГц у обычного Pentium IV). Путем увеличения частоты системной шины до 1066 МГц (FSB1066) вы можете из обычного Pentium IV получить Extreme Edition. Но стоит ли это делать? Производительность намного выше не станет, а вот греться процессор будет сильнее. В этой книге (во второй части) мы поговорим о разгоне процессоров.

Настольным компьютерам вполне хватало одного процессора, а вот серверам (особенно серверам баз данных) и графическим рабочим станциям, которые обрабатывают огромные объемы информации, одного процессора было мало. Поэтому появились компьютеры с несколькими процессорами (SMP-машины, Symmetric Multi Processing). Наиболее распространены двухпроцессорные SMP-машины, поскольку они относительно дешевы: стоят намного дешевле четырехпроцессорных (не говоря уже о восьмипроцессорных). Максимально возможное число процессоров на сегодняшний день – 32. Но такие компьютеры стоят целое состояние.

Двухпроцессорные компьютеры тоже стоят недешево. Если покупать новые комплектующие, то только стоимость материнской платы будет составлять 350 долларов и больше. Затем нужно купить два процессора. Обычно используются процессоры Intel Xeon (серверная версия процессора от Intel). А это еще минимум 300 долларов.

В 2006 году Intel выпустила двуядерный процессор Intel Core 2 Duo, который по производительности практически аналогичен двухпроцессорной машине. Двуядерный процессор представляет собой «два процессора», заключенных в один общий корпус. У каждого процессора свой набор регистров, свой кэш первого уровня, но общий кэш второго уровня, который увеличен в два раза по сравнению с обычными (одноядерными) процессорами. Самые дешевые процессоры Intel Core 2 Duo имеют на борту 1 Мб кэша второго уровня, а более дорогие – 2 и даже 4 Мб.

Процессоры Intel Core 2 Duo устанавливаются во все тот же сокет LGA775, поэтому материнские платы для такого процессора недорогие (по сравнению с двухпроцессорными). «Средний» IC2D (Intel Core 2 Duo) с 2 Мб кэша стоит примерно 180 долларов (чуть дешевле), а материнскую плату производства Intel (!) для него можно найти за 80 долларов. Вот теперь и считаем: 260 долларов против 650 (SMP-машина). Разница, думаю, заметна, особенно для домашнего пользователя.

Чуть позже, в 2006 году, появился четырехъядерный процессор Intel Core 2 Quad (IC2Q), который тоже устанавливается во все тот же сокет LGA775 (рис. 2.7). Процессор IC2Q поддерживают не все чипсеты, по этому если на материнской плате есть LGA775, то это не означает, что на нее можно установить IC2Q. Но опять-таки материнская плата под новый процессор стоит сейчас не очень дорого – 120 долларов. Правда, цены на IC2Q начинаются от 350 долларов, а самый дорогой IC2Q стоит почти полторы тысячи долларов (один только процессор). В любом случае 350 + 120 = 470 долларов – это меньше, чем стоимость двух процессоров и SMP-материнской платы, а производительность даже самого дешевого IC2Q будет выше.

Кстати, размер кэша у IC2Q – 8 Мб, по 4 Мб на каждую пару процессоров. Ключевое слово здесь «пара». То есть IC2Q – это не четыре отдельных ядра под одним корпусом, а как бы два процессора Intel Core 2 Duo. У каждой пары ядер общий кэш.

Еще о многоядерных процессорах Intel нужно запомнить следующее: все они являются 64-разрядными, поэтому, если есть возможность, устанавливайте 64-разрядное программное обеспечение, чтобы полностью раскрыть потенциал процессора.

Оглавление книги