WYKLAD 8

1
WYKLAD 8

• Temat Mikroprocesory firmy INTEL
• 1. Wprowadzenie
• 2. Trendy rozwoju budowy mikroprocesorów
• 3. Metody zwiekszania wydajnosci CPU
• 4. Najwazniejsze mikroprocesory rodziny 80x86
• 5. Prawo Moorea

2
1. Wprowadzenie

• Na rynku swiatowym obecnie dominuje dwóch
  producentów uniwersalnych ukladów cyfrowych
  mikroprocesorów
• A/ INTEL
• B/ AMD
• Firme INTEL zalozyli 18 lipca 1968 roku Gordon E.
  Moore oraz Robert Noyce, a nazwa pochodzi od
  skrótu slów "Integrated Electronics".
• Na poczatku firma trudnila sie wytwarzaniem
  pamieci pólprzewodnikowych.

3
Poczatek - mikroprocesor Intel 4004

• Twórca pierwszego mikroprocesora byl Federico
  Faggin. Powstal 15 listopada 1971. Zaprojektowany
  na zamówienie japonskiej firmy Busicom.
• Parametry
• zegar 108 kHz
• 0,09 MIPS
• szyna danych 4 bity
• technologia PMOS
• ilosc tranzystorów 2 300,
• wymiar technologiczny 10 mikronów
• pamiec adresowalna 640 bajtów
• pamiec programu 4 kilobajty
• pierwszy mikroprocesor na swiecie ?
• uzywane w kalkulatorach Busicom
• Pierwszym na swiecie procesorem byl jednak scisle
  tajny "chip" F14 CADC uzywany w samolocie Grumman
  F-14 Tomcat. Informacja ta zostala podana do
  publicznej wiadomosci w 1998 roku
• Polecam http//www.i-lo.tarnow.pl/edu/inf/hist/in
  tel4004/pages/001.php

4
Federico Faggin.
Ted Hoff i Stan Mazor z Intela zlozyli propozycje
architektury ukladu firmie Busicom. Fagin byl
kierownikiem projektu wykonal szczególowe prace
projektowe (projekt logiki, obwodu, rozkladu
elementów w ukladzie scalonym, opracowania
testera oraz programu testujacego) z pomoca
Masatoshi Shima, inzyniera z firmy Busicom
Faggin byl ekspertem w Technologii Bramki
Krzemowej, która stworzyl w firmie Fairchild
Semiconductor. Znal sie równiez na architekturze
komputerów bedac jednym z projektantów i
konstruktorów pierwszych malych komputerów w
firmie Olivetti we Wloszech przed wstapieniem na
uniwersytet, gdy mial 19 lat.
Faggin opuscil firme Intel w 1974, aby zalozyc
Zilog opracowal w niej uklad Z80.
5
Podpis Faggina na strukturze
Podpis w kolejnych seriach po modyfikacji
struktury przeniesiono na brzeg ukladu.
Podpis na pierwszych ukladach byl umieszczony
posrodku struktury
6
2. Trendy rozwoju budowy mikroprocesorów

• Od roku 1971 trwa ciagly wyscig w zwiekszeniu
  mocy obliczeniowej uniwersalnych ukladów
  cyfrowych jakimi sa mikroprocesory.
• Wyscig ten jest w duzej czesci zwiazany z
  rozwojem grafiki komputerowej.
• Wprowadzane sa kolejne generacje ukladów o
  zmniejszonym wymiarze technologicznym.
• Od 10 mikrometrów w 1971 roku do 45 - 40 nm
  (2009),
• 32 nm w 2010r i 14 nm w 2014,
• Od 2300 tranzystorów do 2 miliardów.
• Zmniejszanie wymiaru technologicznego pozwolilo
  na
• Zwiekszenie liczby tranzystorów,
• Zwiekszenie czestotliwosci taktowania (do max. 4
  GHz),
• Umieszczenia na plytce mikroprocesora coraz to
  pojemniejszej pamieci podrecznej

7
Skalowalnosc tranzystora MOS
8

• 3. Metody zwiekszania wydajnosci CPU
• Mozna bez znaczacych modyfikacji architektury
  zwiekszyc wydajnosc CPU dwiema drogami
• - podniesc czestotliwosc pracy ukladu lub
• - dodac drugi rdzen.
•  
• Zastosowanie dwóch rdzeni pozwala wykonac
  teoretycznie to samo zadanie dwa razy szybciej,
  jesli tylko aplikacje zoptymalizujemy do pracy
  wielowatkowej.
•  
• AMD - pierwszy zrezygnowal z wyscigu w
  podnoszenie f zegara.
•  
• Intel linia z architektura NetBurst pozwala
  teoretycznie osiagnac 10GHz. klopoty z P4 4GHz
  ponad 100W wydzielanej mocy,

9

• 27 lipca roku 2006 przyniósl zmiane polityki
  firmy. Siegnieto do rozwiazan Pentium III/Pentium
  IV - zakonczyl sie wyscig zegarowania (max. do
  3.5 GHz)
• Pojawil sie Intel Core 2 Duo.
• Zastosowano krótki potok wykonawczy (14 etapów).
• Cztery jednostki wykonawcze - dwa rdzenie.
• Pamiec podreczna do 4MB (270 mln tranzystorów).
• Proces technologiczny 65 nm (2007 45 nm).
• W listopadzie 2007 roku zadebiutowal Yorkfield
  4 rdzenie.
• Rok 2008 pojawil sie mikroprocesor 8 rdzeniowy.
• W 2009 roku Intel uruchomil proces 32 nm.

10

• Obecnie wykorzystujemy mikroprocesory z 4
  rdzeniami (2009-2010).
• Rdzenie sa identyczne i wykonuja jednakowe
  zlecane im zadania.
• W przyszlosci sytuacja prawdopodobnie sie zmieni.
  Liczba rdzeni bedzie rosla.
• W roku 2007 Intel przedstawil 80 rdzeniowy
  mikroprocesor. Bedzie mozna doprowadzic do
  specjalizacji rdzeni.
• Przyczyni sie to do znacznego podniesienia
  wydajnosci ukladów.
• Rok 2009 najszybszy na swiecie
• The Intel Core i7 Processor Extreme Edition
• Zarysowala sie wyrazna przewaga firmy Intel

11
4. Najwazniejsze procesory rodziny 80x86

• 8008
• ukazal sie 1 kwietnia 1972
• zegar 500 KHz (8008-1 800KHz)
• 0,05 MIPS
• szyna danych 8 bitów
• technologia PMOS
• ilosc tranzystorów 3 500
• wymiar technologiczny 10 mikronów
• pamiec adresowalna 16 kB

12
Najwazniejsze procesory rodziny 80x86

• Kolejno byly 8080, 8085 nastepnie 8086
• ukazal sie 8 czerwca 1978
• zegar
• 5MHz - 0,33 MIPS
• 8MHz - 0,66 MIPS
• 10MHz - 0,75 MIPS
• szyna danych 16 bit, 20 bit adresowa
• ilosc tranzystorów 29 000
• wymiar technologiczny 3 mikronów
• pamiec adresowalna 1 MB
• 10 razy szybszy od 8080

13
Najwazniejsze procesory rodziny 80x86

• 8088
• ukazal sie 1 czerwca 1979
• zegar
• o 5MHz - 0,33 MIPS
• o 8MHz - 0,75 MIPS
• wewnetrzna architektura 16 bit
• zewnetrzna szyna danych 8 bit, 20 bit
  adresowa
• ilosc tranzystorów 29 000
• wymiar technologiczny 3 mikronów
• pamiec adresowalna 1 MB
• odpowiednik 8086 z wyjatkiem 8-bitowej
  szyny danych
• uzyty w IBM PC i XT i klonach

14
Najwazniejsze procesory rodziny 80x86

• 80286
• ukazal sie 1 lutego 1982
• zegar
• 6MHz - 0,9 MIPS
• 8MHz, 10MHz - 1,5 MIPS
• 12.5MHz - 2,66 MIPS
• szyna danych 16 bit
• wbudowana sprzetowa ochrona pamieci w
  wielozadaniowych systemach operacyjnych
• ilosc tranzystorów 134 000
• Wymiar technologiczny 1,5 mikrona
• pamiec adresowalna 16 MB
• 3-6 razy szybszy od 8080
• uzyty w klonach IBM PC/AT

15
Najwazniejsze procesory rodziny 80x86

• 80386DX
• ukazal sie 17 pazdziernika 1985
• zegar
• o 16MHz 5-6 MIPS
• o 2/16/1987 20MHz 6-7 MIPS
• o 4/4/1988 25MHz 8.5 MIPS
• o 4/10/1989 33MHz 11,4 MIPS (9,4
  SPECint92 on Compaq/i 16K L2)
• szyna danych 32 bit
• ilosc tranzystorów 275 000
• wymiar technologiczny 1 mikron
• pamiec adresowalna 4 GB
• pamiec wirtualna 64 TB
• pierwszy X86 chip obslugujacy 32-bitowe
  dane
• obsluguje rozszerzona ochrone pamieci i
  tryb wirtualny 86

16
Najwazniejsze procesory rodziny 80x86

• 80486DX
• ukazal sie 10 kwietnia 1989
• zegar
• o 25MHz 20 MIPS (16,8 SPECint92, 7,40
  SPECfp92)
• o 5/7/1990 33MHz 27 MIPS (22,4
  SPECint92 on Micronics M4P 128k L2)
• o 6/24/1991 50MHz 41 MIPS (33,4
  SPECint92, 14,5 SPECfp92 on Compaq/50L 256K L2)
• szyna danych 32 bit
• ilosc tranzystorów 1,2 miliona
• wymiar technologiczny 1 mikron 50MHz - 0,8
  mikrona
• pamiec adresowalna 4 GB
• pamiec wirtualna 64 TB
• pamiec cache 1 poziomu
• wbudowany koprocesor arytmetyczny
• 50 razy szybszy od 8088

17
Najwazniejsze procesory rodziny 80x86

• Pentium (60 oraz 66 MHz)
• ukazal sie 22 marca 1993
• zegar
• o 60MHz 100 MIPS (70,4 SPECint92, 55,1
  SPECfp92 on Xpress 256K L2)
• o 66 MHz 112 MIPS (77,9 SPECint92, 63,6
  SPECfp92 on Xpress 256K L2)
• szyna danych 64 bit
• szyna adresowa 32 bit
• ilosc tranzystorów 3,1 miliona
• wymiar technologiczny 0,8 mikrona
• pamiec adresowana 4 GB
• pamiec wirtualna 64 TB
• obudowa 273 PGA
• rozmiar obudowy 2,16" x 2,16"
• zasilanie 5V

18
Najwazniejsze procesory rodziny 80x86

• Pentium II (333 MHz)
• ukazal sie 26 stycznia 1998
• Celeron (366 i 400 MHz)
• ukazal sie 4 stycznia 1999
• Pentium II Xeon (450 MHz)
• ukazal sie 5 stycznia 1999
• 1 MB and 2 MB L2 Cache
• Mobile Pentium MMX Technology (300 MHz)
• ukazal sie 7 stycznia 1999

19
Najwazniejsze procesory rodziny 80x86

• Pentium(r) III Xeon(tm) Processor (500 MHz)
• ukazal sie 17 marca 1999
• ilosc tranzystorów 9,5 miliona przy 0,25
  mikrona
• L2 cache 512KB, 1MB lub 2MB
• obudowa Single Edge Contact Cartridge
  (S.E.C.C.2)
• szyna systemowa 100 MHz
• systemowa szyna danych 64 bit
• pamiec adresowana 64 GB

Katmai (0,25 µm) Coppermine (0,18 µm)
Coppermine-T (0,18 µm) Tualatin (0,13 µm)
20
Najwazniejsze procesory rodziny 80x86

• Pentium(r) 4 Procesor zbudowany w procesie
  technologicznym 0,18 mikrona (1,40 i 1,50 GHz)
• ukazal sie 20 listopada 2000
• zintegrowane 256KB Advanced Transfer Cache
  L2
• obudowa PGA423, PGA478
• szyna systemowa 400MHz
• SSE2 SIMD Extensions
• ilosc tranzystorów 42 miliony

21
Najwazniejsze procesory rodziny 80x86

• Pentium(r) 4 Procesor zbudowany w procesie
  technologicznym 0,18 mikrona "Willamette" (1,9 i
  2,0 GHz) ukazal sie 27 sierpnia 2001
• Pentium 4 Procesor zbudowany w procesie
  technologicznym 0,13 mikrona "Northwood A"(1,7,
  1,8, 1,9, 2, 2,2, 2,4, 2,5, 2,6 GHz)
• szyna systemowa 400 MHz
• Pentium 4 Procesor zbudowany w procesie
  technologicznym 0,13 mikrona "Northwood B" (2,26,
  2,4, 2,53, 2,66, 2,8, 3,06 GHz)
• szyna systemowa 533 MHz (3,06 zawiera HT).
• Mobile Intel Pentium 4 - M Procesor zbudowany w
  procesie technologicznym 0,13 mikrona (1,4, 1,5,
  1,6, 1,7, 1,8, 1,9, 2, 2,2 GHz)
• szyna systemowa 400 MHz
• Pentium 4 Procesor zbudowany w procesie
  technologicznym 0,13 mikrona "Northwood C" (2,4,
  2,6, 2,8, 3,0, 3,2 GHz)
• szyna systemowa 800 MHz (wszystkie wersje
  zawieraja HT)
• 6500-10000 MIPS

22
Najwazniejsze procesory rodziny 80x86

• Pentium D Procesor zbudowny w procesie
  technologicznym 0,065 mikrona "smithfield",
  dwurdzeniowy 2,8, 3,0, 3,2 GHz (2x 1,4, 1,5,
  1,6, GHz na rdzen)
• Szyna systemowa 800MHz
• Pentium EE Procesor zbudowany procesie
  technologicznym 0,065 mikrona 3,46, 3,73 GHz
  (1,73, 1,375 GHz na rdzen)
• Extreme Edition (dwurdzeniowy z obsluga
  technologii Hyper Threading)

23

• Pozycja firmy zostala umocniona dzieki produkcji
  procesora Pentium.
•   
• Obecnie firma jest najwiekszym producentem
  procesorów dla komputerów biurowych.
• Rodziny jej procesorów to (2005r.)
• - Pentium 4 - do komputerów klasy desktop
• - Celeron - wersja oszczednosciowa
• - Pentium M - zastosowania mobilne
• - Xeon - do zastosowan serwerowych
• - Itanium do zastosowan serwerowych

24
Wersja do desktopów
Oficjalne logo

• http//pclab.pl/art20995-4.html

25
Wersja mobilna
26
(No Transcript)
27
http//www.egielda.com.pl/?strartid1536
28
Rok 2009 i 2010 rodzina mikroprocesorów Intela
Maja odpowiedniki mobilne Max moc 55 18 W dla
i-7
W 2009 przedstawiono rozwiazania 22 nm
29
Rok 2009 rodzina mikroprocesorów Intela
Technologia 45 nm, moc max.130 W, architektura 64
bitowa Czestotliwosc taktowania 3.20 GHz, 3.06
GHz, 2.93 GHz, 2.66 GHz (Intel Core i7-900
desktop series), 3.33 GHz and 3.20 GHz (Intel
Core i7-900 desktop processor Extreme Edition
series) 4 rdzenie, 8 MB Level 3 cache
30

• Procesory Intel Core i7 zapewniaja przelomowa
  czterordzeniowa wydajnosc i obsluguja najnowsze
  innowacje w technologiach procesorowych
• Technologia Intel Turbo Boost  zwieksza
  szybkosc wykonywania wymagajacych aplikacji,
  dynamicznie dopasowuje wydajnosc, tam gdzie jest
  to najbardziej potrzebne.²
• Technologia Intel Hyper-Threading zwieksza
  liczbe wielowatkowych aplikacji wykonywanych
  jednoczesnie. Dzieki 8 watkom obslugiwanym przez
  system operacyjny praca wielozadaniowa jest o
  wiele prostsza.³
• Intel Smart Cache zwieksza wydajnosc podsystemu
  pamieci podrecznej. Zoptymalizowano do wiodacych
  w branzy wielowatkowych gier.
• Wysokowydajna magistrala Intel QuickPath
  Interconnect zwieksza przepustowosc danych przy
  mniejszym opóznieniu. W przypadku procesora w
  wersji Extreme Edition osiagane szybkosci
  przesylania danych sa rzedu 25,6 GB/s.
• Wbudowany kontroler pamieci z trzykanalowa
  pamiecia DDR3 1066 MHz zwieksza przepustowosc
  pamieci do 25,6 GB/s. Kontroler pamieci
  zwiekszajacy przepustowosc danych w pamieci przy
  mniejszym opóznieniu zwieksza wydajnosc wymagana
  do aplikacji przetwarzajacych duze bazy danych.
• Intel HD Boost znacznie zwieksza zakres
  obslugiwanych aplikacji do multimediów i
  intensywnie obciazajacych procesor. 128-bitowe
  instrukcje SSE sa teraz wykonywane po jednej na
  cykl zegara, zwiekszajac szybkosc przetwarzania w
  przypadku aplikacji zoptymalizowanych do
  instrukcji SSE4.

31
Mikroprocesory mobilne o obnizonej mocy
Brand Clock Speed FSB TDP (max)
VIA C7-M ULV 1.60GHz 800MHz 8W
VIA C7-M ULV 1.60GHz 400MHz 7.5W
VIA C7-M ULV 1.50GHz 400MHz 7.5W
VIA C7-M ULV 1.20GHz 800MHz 5W
VIA C7-M ULV 1.20GHz 400MHz 5W
VIA C7-M ULV 1.00GHz 400MHz 3.5W
5 W
0.8 -1.5 W

• 45 nm proces technologiczny, moc pobierana od 1W
  do 2.5 W,
• Zawiera 47 mln tranzystorów
• Taktowanie 800MHz -1,83GHz

http//www.notebookcheck.pl/Mobilne-procesory-rozp
iska-osiagow.4344.0.html
32
Mikroprocesory mobilne o obnizonej mocy
TDP (Thermal Design Power) to moc wydzielanego
ciepla, która trzeba odebrac z jednostki
centralnej. Moc ciepla wydzielanego przez
procesor jest w przyblizeniu równa mocy, która
procesor pobiera. Rozumienie terminu jest
rózne. Intel 'TDP' to moc, która procesor
pobiera (i oddaje w postaci ciepla) przy
obciazeniu realnymi aplikacjami. Teoretycznie, w
szczególnych warunkach, procesor móglby te moc
przekroczyc i przegrzac sie - w praktyce
procesory posiadaja odpowiednie zabezpieczenia
powodujace ograniczenie pobieranej mocy, gdy
temperatura procesora zbliza sie do granic
bezpieczenstwa. Tak wiec, przy odpowiednim
(niestandardowym) chlodzeniu jest mozliwe
uzyskanie wiekszej mocy oraz osiagów
procesora. AMD 'TDP' to teoretyczna (w
rzeczywistosci nieosiagalna) moc jaka procesor
komputera móglby pobierac (i oddawac w postaci
ciepla). Wartosc taka latwo wyliczyc, jednak nie
ma wiele wspólnego z rzeczywistoscia - w zwiazku
z tym, AMD równiez zaczelo podawac moc procesora
uzyskiwana w realnych warunkach, nazywajac ja ACP
(Average CPU Power). Niestety warunki pracy przy
których jest uzyskiwana wartosc ACP przez AMD sa
najprawdopodobniej inne niz warunki pracy przy
których uzyskiwana jest wartosc TDP przez Intela
wiec nadal sa to wartosci nieporównywalne.
33
5. Prawa Moorea

1. Gestosc upakowania ukladów scalonych podwaja sie
   co póltora roku.
2. Wdrozenie kazdej kolejnej generacji
   technologicznej pociaga za soba koszty o rzad
   wielkosci wyzsze niz poprzednia.

34
http//www.intel.com/technology/mooreslaw/index.ht
m
35
(No Transcript)
36

• F14 CADC (F-14A Central Air Data Computer) to
  mikroprocesor zaprojektowany przez Steve'a
  Gellera i Raya Holta na potrzeby US Navy do
  mysliwca F-14 Tomcat.
• Pierwsze egzemplarze tego ukladu powstaly juz w
  czerwcu 1970, a wiec o ponad 12 miesiecy
  wczesniej, niz pierwszy mikroprocesor Intela
  4004, który powszechnie uznaje sie za pierwszy na
  swiecie mikroprocesor, niemniej z powodu
  tajemnicy wojskowej istnienie F-14 CADC zostalo
  ujawnione dopiero w 1998.
• W porównaniu z ukladem Intela, który byl prostym,
  4-bitowym procesorem, F-14 CADC byl niezwykle
  zaawansowanym, 20-bitowym ukladem z technika
  potokowa.
• The MOS-LSI chips were manufactured by American
  Microsystems, Inc of Santa Clara, California.

http//www.microcomputerhistory.com/index.html
37
F14 TomCat