Многолетняя война производителей процессоров вошла в новую стадию после анонсирования процессора Pentium-II, использующего новый способ установки процессора - Slot1. Три года назад Intel бурно расхваливала Pentium. Системы на базе этого процессора действительно были революционными и имели огромный потенциал дальнейшего развития. И вот теперь - "на пенсию". Не рановато ли? Архитектура P-II ничем выдающимся не блещет, на системной плате тоже никаких новинок, кроме шины AGP не наблюдается. Впрочем, на новых платах под Socket7 эта шина имеется (например, Lucky Star "Apollo"). Так что введение Slot1 представляется, в первую очередь, маркетинговым ходом, направленным на обеспечение временного лидерства Intel в определенном секторе рынка.

С другой стороны, Socket7 продолжает развиваться конкурентами Intel - AMD и Cyrix: новое расширение, повышающее частоту шины до 100 МГц, под названием Super7 способно продлить жизнь этому стандарту еще года на полтора. Есть информация о том, что в дальнейшем частота шины будет увеличена до 133 МГц.

Для того, чтобы помочь разобраться, "who is who" в мире процессоров, предназначена эта статья.

Особенности процессоров

Микропроцессор представляет собой сложное электронное устройство, поддерживающее определенный набор команд, а также набор внутренней памяти, с которой может работать гораздо быстрее, чем с внешней памятью. Различают два типа архитектуры процессоров: RISC и CISC.

RISC - аббревиатура английского выражения "компьютер с сокращенным набором команд". Это подразумевает небольшое количество простых команд и большое количество регистров. Простые команды выполняются быстрее, но требуют большего объема памяти.

CISC - "компьютер со сложным набором команд". Подразумевает большое количество команд (200 и более) различной сложности и длины и сравнительно небольшое число регистров. Компьютеры с такой архитектурой работают сравнительно медленнее, но требуют меньших ресурсов.

Поскольку формирование современных персональных компьютеров происходило во времена, когда память была в дефиците, то их процессоры имеют архитектуру CISC. Хотя это не мешает некоторым процессорам иметь элементы RISC.

Процессоры пятого поколения имеют следующие особенности:

• 64-разрядная шина данных и адреса;
• работают с 8-, 16 и 32-разрядными данными,
• имеют конвейерную архитектуру,
• могут предсказывать направление переходов в программе.

Если процессор имеет дополнительные возможности, его относят к 6-му поколению.

Основная задача процессора - выполнять (и как можно быстрее) команды, входящие в программу. Самый простой путь (повышение тактовой частоты процессора) достаточно быстро исчерпывается технологическими ограничениями. Поэтому приходится искать другие способы повысить производительность. Именно набор архитектурных новшеств позволил повысить производительность Pentium по сравнению с 486-ми процессорами. Самое важное из них - конвейер.

Выполнение команды состоит из ряда этапов: 1) чтение команды из памяти, 2) определение длины, 3) определение адреса ячейки памяти, если она используется, 4) выполнение команды, 5) сохранение результата. В ранних процессорах все эти этапы над каждой командой проводились полностью. Конвейер позволил ускорить процесс: после того, как команда проходила один из этапов и переходила на следующий, начиналась обработка следующей команды. Это решение появилось в последних 486-х (например, в AMD 5х86-133). В Pentium впервые появился двойной конвейер. Команды смогли выполняться параллельно (кроме плавающей арифметики и команд перехода). Это позволило повысить производительность примерно на 30-35%.

Вторая новинка состоит в создании блока предсказания переходов. Естественно, что при выполнении команды перехода (условного или безусловного) конвейер "не знает", какую команду выполнять дальше, и останавливается. Современные процессоры имеют блок, который хранит "историю" переходов, и на основании этой информации продолжает выполнять программу с предполагаемого адреса. Разумеется, если адрес перехода предсказан неправильно, то выполнение прекращается и начинается исполнение с правильного адреса. Как это происходит, понять трудно, но вероятность правильного прогноза составляет 85-97% (вот бы погоду так предсказывали).

Кэш-память 1-го уровня также является эффективным методом повышения производительности. Она служит для данных и команд, выполняемых в данный момент. Она может быть либо раздельной, либо общей и динамически распределяемой.

Блок вычисления с плавающей точкой (FPU) обеспечивает, помимо всего, обработку мультимедийных команд (MMX, 3DNow и т.д.). На производительность этого блока в последнее время стали обращать особое внимание в связи с явно выраженной ориентацией именно на этот спектр задач.

Однако многие заблуждаются, считая, что после установки процессора с соответствующим расширением набора команд сразу произойдет сказочное ускорение производительности компьютера. Для этого необходимо еще одно условие: чтобы программное обеспечение умело эти команды использовать. Так было с MMX, так происходит с 3D Now! (от AMD). Классический пример - MS DirectX, начиная с версии 3а, поддерживает набор команд ММХ, и скорость выполнения некоторых программ возрастает в 1.5-3 раза.

Несколько слов о других технических нюансах. При росте тактовой частоты резко возрастает потребляемая мощность процессора, а, следовательно, и его нагрев. Решение этой проблемы осуществляется двумя путями: снижение питающего напряжения ядра (шина данных всегда работает на 3.3В) и уменьшение размеров транзисторов на кристалле. Чем меньше это напряжение (в Pentium MMX это 2.8В, в AMD K6-2 - 2.2В), тем лучше для теплового режима процессора.

Основные действующие лица

До последнего времени существовало только три фирмы, производивших процессоры под Socket7: Intel, AMD, Cyrix. В конце прошлого года к ним прибавилась фирма Centaur Technology, не очень известная в наших краях.

Intel Corporation - ветеран процессорного мира и основной законодатель мод. Первая в 1971 году создала понятие "микропроцессор". Именно с процессорами Intel все стремятся обеспечить совместимость и сравнивают быстродействие. Что бы ни говорили, но именно эта фирма определяет тенденции развития этой отрасли, создавая новые процессоры и новые технологии. Сможет ли Slot1 захватить рынок - пока сказать трудно, но системы на платформе P-II покупать будут, поскольку это все-таки Intel.

AMD - "возмутитель спокойствия" и главный конкурент Intel. В 1991 году после 5-летнего судебного разбирательства по поводу монополии Intel, эта компания добилась разрешения производить аналог 386-го процессора - Am386. Затем появился Am486, и так далее... Уже на закате 486-х систем AMD выпустила хит сезона - 5х86-133, который обеспечивал производительность на уровне Pentium 75 (и стоил раза в два дешевле). К тому же этот процессор хорошо выдерживал "разгон" до 160 МГц, и работал почти как P-90.

Сказав "последнее слово" эпохи 486-х машин, AMD отстала с выпуском процессора под Socket 7. Из-за технологических проблем удалось выпустить "урезанную" версию процессора, который получил обозначение К5. Он был явно "сыроват": проблемы с совместимостью и недостаточная производительность. После приобретения фирмы NexGen появилась возможность использовать очень удачную разработку этой фирмы - Nx686 - и создать на его базе процессор К6, который прозвали "Pentium Killer". Кстати, многие компьютеры класса "hi-end" базируются именно на К6.

Эта фирма является одним из основных разработчиков стандарта Super7.

Несмотря на то, что является "вечно второй", AMD извлекает из этого свою выгоду: учитывая и используя ошибки Intel (которые были во всех процессорах), она занимает свою нишу на рынке за счет более привлекательных цен и отсутствия указанных выше ошибок в своих изделиях. Последнее утверждение не означает, однако, что процессоры AMD свободны от своих проблем.

Cyrix начала с выпуска сопроцессора, достаточно удачного по производительности, но проблемного по совместимости. Выпускала все процессоры 486 (DX, DX2, DX4) и ряд моделей, предназначенных для модернизации 386-х машин (486DLC, 486SLC). Не имея своей производственной базы, фирма заключила соглашение с IBM, согласно которому последняя имеет право продавать процессоры Cyrix под своей маркой. Так что Cyrix 6x86 и IBM 6x86 - это один "камень", но с разными наклейками.

Еще один участник - Centaur Technology - появился на рынке в 1997 году. Процессор С6 - самый простой и дешевый из всех (правда, и самый медленный). Больше ничего сказать не могу - его продукции на нашем рынке пока не встречал.

Тенденции развития

Общие тенденции развития процессоров ясны: рост производительности CPU и MMX, появление новых команд для обработки графики, звука и видео. Рост тактовой частоты будет сопровождаться уменьшением размерности элементов (до 0.25 мкм).

Еще одна тенденция - рост тактовой частоты шины данных до 100-133 МГц. Произойдет снижение доли Intel на рынке за счет развития Socket7 ее конкурентами. Кстати, уход Intel от поддержки этого стандарта объясняется, на мой взгляд, потерей лидирующей позиции в этом сегменте рынка - новые продукты AMD гораздо интереснее, чем даже Pentium-II. Это особенно будет заметно на нашем рынке, поскольку у нас одну из первых ролей играет фактор цены (при желании иметь максимально мощный компьютер).

Вадим ВИНОКУР

Intel

Pentium (P54C)

Это первый процессор с двухконвейерной архитектурой: один выполняет операции с фиксированной и плавающей точкой, второй - команды с фиксированной и некоторые с плавающей точкой. Наиболее часто встречающиеся команды выполняются за один такт. Таким образом, в ряде случаев можно выполнять по две команды за такт. Впервые появился блок предсказания переходов, который позволил существенно повысить производительность. Блок FPU полностью конвейерный, и является самым сильным местом процессора. По сравнению с 486-ми процессорами, производительность с плавающей точкой выросла раз в 10. Впервые был применен раздельный кэш данных и инструкций (по 8 Кб).

Эти процессоры имели номиналы 75, 90, 100, 120, 133, 150, 166, 200 МГц, работали на напряжении 3.3В. Как правило, процессоры Pentium нормально переносят "разгон" на одну ступень. После Р-150 изготавливались по 0,35мкм-технологии.

Первые процессоры Pentium на частотах 60 и 66 МГц существенно отличались от них: расположением выводов (линейное, а не шахматное, как у более поздних), а также значительным нагревом.

Снят с производства около года назад.

Pentium MMX (P55C)

Этот процессор стал развитием предыдущего и основывался на его ядре. Кэш 1-го уровня увеличен вдвое (16 Кб для команд и 16 Кб для данных), расширен буфер данных для блока предсказания переходов, добавлена дополнительная ступень в каждый конвейер. Благодаря этим нововведениям, производительность процессора на обычных приложениях выросла: Р-166 ММХ быстрее, чем "обычный" Р-200. Но самое главное, добавлен набор команд для обработки мультимедийных данных. Выпускались процессоры на частотах 166, 200 и 233 МГц. Для уменьшения выделяемой мощности использует двойное напряжение - 2.8 и 3.3 В. Существует вариант для мобильных компьютеров (в другом корпусе и с меньшими частотами).

Pentium Pro

Принадлежит к шестому поколению процессоров. Имеет два конвейера по 12 ступеней. Еще одной новинкой является наличие встроенного кэша второго уровня размером 512 или 1024 Кб. Эта память работает на частоте процессора, что значительно повышает производительность. Процессор предназначен для построения многопроцессорных серверных систем. Еще одной особенностью является перекодировка команд х86 в более простой микрокод (по типу команд RISC-процессора), что является новинкой для Intel. Возможно выполнение команд не в порядке следования (если для них имеются данные). Имеется блок предсказания переходов с возможностью предварительного исполнения. Процессор устанавливается в Socket 8.

Слабым местом являются 16-разрядные приложения, которые выполняются медленнее, чем на предыдущем процессоре.

Pentium II

Последняя (и самая рекламируемая) разработка Intel. Как уже говорилось, устанавливается в принципиально новый разъем - Slot 1. Однако внутри он практически не отличается от Pentium Pro. Добавлен блок команд ММХ, увеличен кэш 1-го уровня. Улучшена работа с 16-разрядными приложениями. По плавающей арифметике этот процессор является самым быстродействующим.

В настоящее время выпущены процессоры с частотами 233, 266, 300, 333, 350 и 400 МГц. Планируется выпуск процессоров с частотой шины 100 МГц (сейчас - 66), для чего подготовлен новый чипсет.

Slot 1 запатентован, и фирма Intel пока не собирается продавать лицензию на его использование. Со временем, я полагаю, ситуация изменится, но после того, как фирма "снимет сливки" ажиотажного спроса. Более подробно об этом процессоре я планирую рассказать в отдельной статье. Выпущена "урезанная" версия - Celeron. Отличается отсутствием кэша 2-го уровня, вследствие чего работает вдвое медленнее.

AMD

AMD K5

Это самый быстродействующий процессор из всех, совместимых с Socket 7. Да-да, я не оговорился. Ни один процессор не смог при рабочей частоте 100 МГц достигнуть производительности P-133. Это достигается за счет уникальной архитектуры процессора, которая включает блок декодирования и RISC-ядро. Это позволяет очень быстро выполнять инструкции за счет их простоты. Главная проблема - создать мощнейший блок декодирования для перевода x86 в RISC. И это удалось. Декодер позволяет одновременно переводить до 4 инструкций х86. RISC-ядро состоит из шести исполнительных блоков: два целочисленных, два загрузки/сохранения, один FPU и блок предсказания ветвлений. Плюс внеочередное исполнение, переименование регистров, опережающее выполнение...

Единственное слабое место - FPU, который примерно на 20% медленнее, чем в Pentium.

Процессор К5 пользуется не очень хорошей репутацией. Это связано с тем, что первоначально была выпущена сыроватая версия 5k86 (работавшая на частотах 75, 90 и 100 МГц), которая имела множество проблем: от совместимости до перегрева. "Настоящий" К5 выпускался в двух вариантах: PR133 и PR166 (реальная частота 100 и 116 МГц). Работает на одном напряжении - 3.52 В.

AMD K6

Используя новое ядро от NexGen и старый декодер, удалось создать великолепный процессор. Оптимизирован блок FPU и добавлен блок MMX. Увеличен кэш (32+32 Кб), улучшена работа блока предсказания переходов. Использует двойное напряжение питания (3,5 и 2,9 В). Начиная с частоты 266 МГц, изготавливается по 0,25мкм-технологии. На процессоре ставится рейтинг по сравнению с P-II, однако их можно сравнивать только по целочисленным операциям.

AMD K6-2

Отличается от предыдущего наличием дополнительных команд для 3-мерной графики. По производительности сопоставим с аналогичным по частоте P-II. Очень перспективный процессор, однако пока не имеет программной поддержки. На рынке сегодня мало системных плат, способных с ним работать. Изготовлен по 0,25мкм-технологии. Использует новое напряжение питания - 2,2В.

Cyrix/IBM

Cyrix/IBM 6x86

Первоначально имел название М1. Вобрал в себя все достижения архитектуры микропроцессоров. Имеет единый кэш (16Кб) для данных и команд, перераспределяемый динамически. Имеется кэш инструкций на 256 байт. Относится к 6-му поколению процессоров. Целочисленные команды выполняются на 30% быстрее, чем на Pentium аналогичной частоты, но плавающие - медленнее.

Использует одно напряжение, из-за чего имеются проблемы с перегревом. Есть модификация 6x86L с двойным напряжением, лишенная этого недостатка.

Пользуется всенародной любовью из-за низкой цены и приличной производительности на бизнес-приложениях.

Процессоры на 110 и 150 МГц работают на нестандартных частотах - 55 и 75 МГц, которые поддерживают далеко не все платы.

Cyrix/IBM 6x86, 6x86MX

Дальнейшее развитие 6х86. Кэш увеличен в 4 раза. Обеспечена полная совместимость с Pentium ММХ, а также имеются дополнительные команды, дающие серьезный выигрыш в скорости. Маркируется Р-рейтингом относительно P-II, однако это верно только для целочисленной арифметики. Имеет двойное питание, поэтому греется меньше предшественника. Достаточно перспективный процессор, идеальный для систем минимальной стоимости.