Дипломированных специалистов «Информатика и вычислительная техника»

фейса (bus interface unit), блока предварительной выборки (code prefetch unit), бло-
ка декодирования команд (instruction decode unit),
 блока (execution
unit), блока сегментации (segment unit), блока страничной адресации (paging unit).
Концепция параллельного функционирования устройств позже, а именно в
стала основой другой концепции — конвейеризации вычислений.

---

История процессоров Intel 23
Процессор i80486 появился в 1989 г. Основные его характеристики — наличие
встроенного математического сопроцессора, поддержка многопроцессорного ре-
жима работы и работы с двумя видами кэш-памяти — внутренней размером 8 Кбайт
(1-го уровня L1) и внешней кэш-памятью (2-го уровня L2). Важные изменения
в архитектуре процессора i80486 коснулись концепции параллельных вычислений.
Они стали воплощением идей, лежащих в основе RISC-технологии разработки
процессоров. Согласно им, машинные команды со сложным алгоритмом работы
Computing, CISC) на микропрограммном уровне реали-
зовывались на основе более простых команд из ограниченного набора (Reduced
Instruction Set Computer, RISC). Для выполнения CISC-команд требуется несколь-
ко тактов работы процессора, иногда несколько десятков. RISC-команды должны
выполняться за один такт. Такое изменение внутреннего представления внешних
команд, наряду с изменением последовательности их выполнения и режимов де-
кодирования, позволило реализовать реальную конвейеризацию вычислений.
В результате выполнение CISC-команды происходило за один такт процессора.
Конвейер процессора i80486 состоял из 5 ступеней. Начиная с процессора
процессоры Intel поддерживают различные концепции энергосбережения. Инте-
ресно, что совершенствование процессора
шло в ходе его промышленного
производства. Вследствие этого по своим возможностям следующие по времени
выпуска процессоры
в большей или меньшей степени отличались от пре-
дыдущих.
Ну и, наконец, ЭПОХА PENTIUM. Знаменитый своей ошибкой блока с плава-
ющей точкой первый Pentium —
— был представлен в начале 1993 г.
Благодаря суперскалярной архитектуре (с двумя конвейерами, известными как и
и v) он
выполнять две машинные инструкции за один такт. К внутреннему
кэшу команд добавлен внутренний
кэш данных. Реализована тех-
нология предсказания переходов (branch prediction). Для увеличения пропускной
способности при обработке данных процессор Pentium поддерживает внутренние
пути шириной 128 и 256 битов, внешняя шина данных увеличена до 64 битов. Добав-
лены средства для построения многопроцессорных систем, в
 расширен-
ный
 контроллер прерываний (Advanced Programmable Interrupt
Controller,
дополнительные выводы и специальный режим дуальной обра-
ботки (dual processing), ориентированный на построение двухпроцессорных сис-
тем. Начиная с модели процессоров Pentium с тактовой частотой 133 МГц (1997 г.)
в них был введен блок ММХ-команд (ММХ означает MultiMedia extensions). Реа-
лизованный на базе сопроцессора, данный блок поддерживал
которая предполагает обработку блока однородных данных одной машинной ин-
струкцией. Цель введения данного расширения — увеличение производительно-
сти приложений, обрабатывающих массивы однородных целочисленных данных.
Примеры таких приложений — программы обработки изображений, звука, архи-
данных и др. Излишне говорить, что все эти ново-
введения резко подняли производительность процессора Pentium по сравнению
с его предшественником — процессором i486 — и не оставили последнему особых
альтернатив для существования.
На сегодняшний день имеется три поколения, или семейства, процессоров
Pentium — Pentium, P6 и Pentium IV с микроархитектурой NetBurst. К семейству

---

24 Глава
Организация современного компьютера
Pentium относятся упоминавшиеся ранее процессоры Pentium и Pentium MMX.
История семейства Р6 началась в 1995 году с появлением процессора Pentium Pro.
Несмотря на схожие названия, внутренние архитектуры процессоров двух семейств
были совершенно разными. Не вдаваясь в новые схемотехнические решения, реа-
лизованные в процессоре Pentium Pro, отметим его основные архитектурные свой-
ства. Процессор поддерживал работу трех конвейеров, то есть мог обрабатывать
до трех команд за один такт. Для этого использовались особые технологии обра-
ботки потока команд, которые подробнее будут рассмотрены в следующей главе.
Процессор Pentium Pro использовал новую технологию работы с кэш-памятью.
Наряду с уже обычным внутренним кэшем первого уровня размером 8 Кбайт
в одном корпусе (но не на одной микросхеме) с процессором располагалась кэш-
память второго уровня размером 256 Кбайт, для связи с которой имелась специ-
альная
шина, работающая на частоте процессора. Шина данных про-
цессора Pentium Pro имела разрядность 36 бита, что позволяло при определенных
условиях организовать адресацию памяти до 64 Гбайт.
Процессор Pentium II, появившийся на свет в 1997 г., добавил к архитектуре
процессора Pentium Pro поддержку ММХ-команд. Кроме того, были увеличены
размеры кэш-памяти всех уровней — кэш-память команд и данных первого уров-
ня выросла до 16 Кбайт каждая, кэш-память второго уровня могла иметь величину
Кбайт или 1 Гбайт. Кэш-память второго уровня могла работать на половине
частоты работы процессора. Также процессор поддерживал множество технологий
энергосбережения. Следующие две модели процессоров, выпущенные в 1998 г., —
Celeron и Pentium II Xeon — были, соответственно, более «легкой» и более «тяже-
лой» модификациями процессора Pentium П. Celeron позиционировался как процес-
сор для построения компьютерных систем массового использования. Pentium II Xeon
предназначался для построения высокопроизводительных серверных систем.
Последний процессор семейства Р6 — Pentium III, — выпущен в 2000 г. Его ос-
новное отличие — поддержка дополнительного набора ММХ-команд, называемых
SSE-расширением (SSE — Streaming
Extensions) основного набора команд
процессора. Для этого в архитектуру процессора был введен специальный блок.
На сегодняшний день последним 32-разрядным процессором является Pentium IV.
Он позиционируется как процессор нового поколения с новым типом микроархи-
тектуры, носящей
NetBurst. Подробнее основные архитектурные особен-
ности процессора Pentium IV будут рассмотрены в следующей главе при обсужде-
нии микроархитектуры NetBurst. Отметим лишь один важный в контексте нашего
обсуждения момент — с появлением процессора Pentium IV система команд про-
цессоров Intel пополнилась еще 144 новыми командами. В основном это команды
для блока ММХ с плавающей точкой, а также команды управления кэшировани-
ем и памятью. Условное название этой группы команд —
(Streaming SIMD
Extensions 2).
Итоги
Несмотря на значительные внешние различия структурно большинство совре-
менных компьютеров устроены примерно одинаково. В их состав обязательно
входят центральный процессор, внешняя и оперативная память, устройства
ввода-вывода и отображения информации.

---

Итоги 25
Работать компьютер заставляет некий «серый кардинал» — машинный язык.
Пользователь может даже и не подозревать о его существовании. Общаться
с компьютером пользователю помогают операционные системы, офисные па-
кеты, системы программирования и т. д. Современные технологии программи-
рования позволяют создавать программы, не написав ни строчки кода. Но
в «мозг» компьютера команды все же поступают на машинном языке.
Машинный язык полностью отражает все архитектурные тонкости конкретно-
го типа компьютеров. Следствием этого является его индивидуальность для
каждого семейства ЭВМ. Чтобы эффективно использовать все возможности
компьютера, применяют символический аналог машинного языка — язык ас-
семблера.
Работать на компьютере можно и без знания ассемблера. Но элементом подго-
товки программиста-профессионала обязательно является изучение этого язы-
ка. Почему? Изучая ассемблер, человек обязательно попутно знакомится с ар-
хитектурой компьютера. А это, в свою очередь, позволяет ему в дальнейшем
создавать более эффективные программы на других языках и объединять их
при необходимости с программами на ассемблере.
Процессоры Intel являются стандартом де-факто в своем сегменте рынка. За
тридцать с лишним лет своего развития процессоры Intel из примитивных уст-
ройств, пригодных лишь для калькуляторов, превратились в сложные системы,
содержащие более 7 000 000 транзисторов и поддерживающие работу высоко-
производительных приложений и многопроцессорных конфигураций.

---