Архитектура процессора, что это такое: processor architecture

Архитектура процессоров и их схемы

Технологии шагнули очень далеко вперед

Архитектура процессора

  • Главная &nbsp / &nbspСтатьи &nbsp / &nbsp
  • Архитектура процессора

Архитектура процессора

Классификация архитектур

По скорости и количеству выполняемых команд архитектуры делятся на:

  • CISC. На английском языке расшифровывается как «Complex Instruction Set Computing», то есть «Комплексный набор команд». Устройствам этого типа свойственно большое количество режимов адресации и команд разного формата и длины, а также сложная кодировка инструкции.
  • RISC. Первое слово в расшифровке заменено на «Reduced», что на нашем языке — «Сокращенный». Это значит, что все команды имеют одинаковый формат и кодировку.
  • MISC (Multipurpose — Многоцелевой ). База элементов делится на две части, которые находятся или в одном корпусе, или в отдельных. Главной выступает RISC CPU. Он дополнен другой частью — постоянным запоминающим устройством микропрограммного управления. Системе присущи характеристики CISC. Большинство команд выполняет первая часть, а команды расширения преобразуются в адрес микропрограммы.

Также существует классификация процессоров, и соответственно архитектур, по назначению:

  • Графические. Как видеокарта отвечает за визуализацию объектов на экране.
  • Математические. Нацелены на расширение набора команд, выполняемых центральным процессором, для решения различных математических задач.
  • Цифровые сигнальные. Специализированные устройства, предназначенные для обработки оцифрованных сигналов.

С физической точки зрения девайсы разделяются по количеству ядер, которые отвечают за выполнение команд. Если их больше одного, устройства называются многоядерными.

Разбор обозначений

В теме о процессорах вы можете столкнуться с их цифровыми обозначениями типа x64, x86 и пр. Давайте разберемся, что все это значит. Разложу по полочкам.

8086 и компания

В 1978 году компания Intel выпустила 16-битный процессор, получивший название 8086.

После него выходили другие модели, в наименованиях которых первые две цифры оставались прежними, а последние менялись на 88, 186, 286, 386, 486 и прочие.

Вот пример i386.

Как вы заметили, почти все имена заканчиваются одинаково, поэтому все семейство объединили под условное обозначение x86. Оно устоялось среди пользователей и применялось даже когда Интел начала давать своим продуктам словарные названия типа Пентиум, Кор, Атом и т. д. Переняли эту «моду» и другие производители устройств, совместимых с этим семейством, — IBM, VIA, AMD, Cyrix и др.

Чаще всего это обозначение сейчас используется по отношению к 32-битным процессорам. Они также могут называться, к примеру, i386, i486, i586, когда требуется дать более точные сведения о наборе инструкций.

Совершенствование до 64 бит

Компания Intel модернизировала процессоры с 16-битной шиной до 32 бит. Однако AMD приложила усилия к усовершенствованию их до х64. Первый такой продукт она выпустила в 2003 году, не став заморачиваться над названием — просто «AMD64».

Чтобы показать повышенную разрядность процессоров, стали к обозначению «x86» добавлять «64», к примеру, x86_64.

Интел решила выделиться, помечая такие устройства сначала как «IA-32e», а потом «EM64T». Но сейчас чаще можно встретить «Intel 64».

Как узнать архитектуру?

В случае с новыми ЦП прочитать их характеристики можно в инструкции или непосредственно на коробке. Но что делать, если вы берете устройство с рук? Или может быть хотите знать, какая архитектура у вашего проца? Выяснить это можно несколькими способами.

Средства системы

Выполните следующие действия:

  • Откройте командную строку через меню «Пуск — Программы — Стандартные» или другим удобным способом.
  • Впишите в нее слово systeminfo.
  • Нажмите Enter.

Перед вами появятся сведения об операционке, среди которой будет и архитектура процессора.

  • Щелкните правой кнопкой мыши на значке «Мой компьютер»;
  • Откройте «Свойства»;
  • Перейдите в «Диспетчер устройств»;
  • Кликните пункт «Процессор».

И тоже получите все данные о нем.

Сторонние программы

Одной из хороших программ, помогающих узнать все о проце, является CPU-Z.

Она бесплатная и распространенная, поэтому вы без проблем ее отыщите и скачаете.

Вам нужно лишь установить и запустить ее, чтобы посмотреть необходимую информацию.

В качестве альтернативного варианта могу предложить еще одну достойную прогу — AIDA 64. Она платная (Есть триал период), зато может рассказать все о вашем железе в целом, не только о ЦП. Кстати, если вы не захотите платить, можете воспользоваться демо-версией.

Получить сведения о процессоре через нее можно, перейдя по разделам «Компьютер — Системная плата — ЦП».

О смешанной 32 — разрядной и 64 — разрядной среде

Впрошлом году я помог нескольким клиентам совершить переход от 32‑разрядной среды Windows к смешанной 32‑разрядной и 64‑разрядной среде Windows. После миграции некоторые наблюдательные пользователи заметили нечто необычное в своих новых 64‑разрядных системах Windows, которые запускались на системах с 64‑разрядными процессорами Intel. Если посмотреть на переменную окружения PROCESSOR_ARCHITECTURE в приложении System панели управления Control Panel или 64‑разрядной строки Cmd.exe, увидим, что ее значением является AMD64.

Хотя значение может появляться для того, чтобы отличить поставщика (например, AMD вместо Intel), оно именно такое, каким должно быть. PROCESSOR_ARCHITECTURE связана с архитектурой, а не с реализацией. Поскольку процессоры Intel64 реализуют архитектуру AMD64, они являются членами класса процессоров AMD64.

Я не заостряю ваше внимание на этом необычном факте. С точки зрения службы поддержки, архитектура процессора означает архитектуру Windows, а наличие множественных архитектур Windows в организации означает наличие множественных версий всего — от файлов Windows до пакетов обновлений и драйверов. Осмысление и понимание архитектур процессора может помочь решить некоторые проблемы, которые нередко возникают в смешанной сетевой 32‑разрядной и 64‑разрядной среде. Мы рассмотрим все три текущие архитектуры процессора — x86, IA64 и AMD64. Я буду называть их архитектурами Windows. Затем я покажу еще некоторые вещи, за которыми надо будет понаблюдать во время перехода к смешанной 32‑разрядной и 64‑разрядной среде.

Архитектура x86 Windows осталась единственной самостоятельной 32‑разрядной архитектурой Windows. Как и следовало ожидать, она запускается на всех процессорах, реализующих архитектуру процессоров x86. Однако есть пара важных преду­преждений, о которых, на мой взгляд, нужно помнить.

Первое из них состоит в том, что процессор AMD64 — это расширенный набор команд процессоров архитектуры x86, поэтому архитектура x86 Windows может запускаться на процессорах с архитектурой AMD64. Масса компьютеров, которые за последние лет пять поставлялись на рынок и запускали x86 Windows, на самом деле использовали 64‑разрядные процессоры. Хотя вы не в состоянии модернизировать эти системы для 64‑разрядной Windows, производить на этих процессорах чистую установку 64‑разрядного Windows можно. И хотя нельзя точно определить, что 32‑разрядная система Windows запущена на 64‑разрядном процессоре, вы можете использовать встроенную утилиту командной строки Windows Management Instrumentation Command-line (WMIC) для того, чтобы проверить имя процессора, после чего можно проверить характеристики процессора на сайте производителя. Для проверки имени процессора на локальном компьютере откройте Cmd.exe и запустите команду:

wmic cpu get name

Чтобы проверить имя процессора на удаленном компьютере, названном x51, запустите такую команду:

wmic /node: x51 cpu get name

Второе предупреждение состоит в том, что 64‑разрядная платформа Windows также будет запускать 32‑разрядные приложения Windows в специальном эмуляторе x86 Windows. И хотя сама операционная система Windows является 64‑разрядной, в эмуляторе Windows выглядит так же, как и x86 Windows. В частности, значение переменной окружения PROCESSOR_ARCHITECTURE будет x86. Однако можно узнать и какова реальная среда. Эмулятор x86 также предоставляет переменную окружения, называемую PROCESSOR_ARCHITEW6432, которая указывает на архитектуру самой Windows. Если переменной не существует, то вы работаете полностью на оборудовании и Windows x86.

Вы можете использовать WMIC и для проверки реального значения PROCESSOR_ARCHITECTURE. Например, чтобы проверить настоящее значение среды локального компьютера и удаленного компьютера x51, запустите такие команды:

wmic environment where

wmic/node: x51 environment where

Эти команды здесь написаны с переносом, но их следует вводить каждую одной строкой.

Каждая версия Windows со времени появления Windows NT поддерживала архитектуру x86, но скоро это изменится. Хотя Windows 7 поддерживает архитектуры x86, Windows Server 2008 R2 является только 64‑разрядным.

Компания AMD была не единственной, кто создал архитектуру 64‑разрядного процессора. Специалисты Intel сконструировали 64‑разрядный процессор и назвали его IA64. Первый современный 64‑разрядный релиз Windows был создан для запуска на процессорах, реализующих архитектуру IA64. Единственными видами процессоров, которые реализуют IA64, являются Itanium и Itanium 2 от Intel. На сегодня только платформы Windows Server поддерживают IA64. Хотя изначально Windows XP поддерживала архитектуру IA64, проблемы с поддержкой унаследованных приложений на системах с IA64 привели к тому, что настольные системы на этой базе были весьма редки. Компания Microsoft прекратила поддерживать XP на IA64 в 2005 году.

Когда Intel решила не поддерживать совместимость с процессорами x86 в архитектуре IA64, AMD начала работу над новым дизайном 64‑разрядного процессора, который бы расширял возможности x86 старой версии (так же, как оригинальные процессоры Intel 80386 были совместимы с процессорами 80286). AMD изначально описывала в спецификации такие процессоры, как x86-64, затем они были переименованы в AMD64. 64‑разрядные версии Windows от Microsoft, построенные для запуска на этой архитектуре, также использовали название AMD64. в 2003 году была выпущена XP для AMD64, и каждая последующая версия Windows поддерживала архитектуру AMD64.

VIA Technologies и Intel продают процессоры, которые используют архитектуру AMD64. В маркетинговых целях Intel называет эту технологию Intel 64, скрывая, что ее процессоры реализуют инструкции набора AMD64. Microsoft тоже начала использовать имя x64 для такой архитектуры, чтобы не возникало сомнений относительно архитектуры Windows. Каким бы ни было маркетинговое имя, процессоры Intel 64 используют те же сборки Windows, что и другие процессоры, реализующие архитектуру AMD64. В терминологии Windows и поддерживаемого программного обеспечения Windows вы можете оперировать названиями AMD64, Intel 64, x86-64, x64 и менее известным EM64 T, как грубыми эквивалентами.

Что еще нужно знать

Последняя важная смена платформы, повлиявшая на весь мир ИТ, произошла в 90‑х годах, когда настольные компьютеры перешли от 16‑разрядных Windows и MS-DOS к 32‑разрядным системам Windows. Переход от 32‑разрядных Windows к 64‑разрядным намного проще. Сетевое управление является более централизованным, чем это было в 90‑х, и большая часть операций не зависит от количества разрядов в операционной системе.

Хотя переход от 32‑разрядной Windows к 64‑разрядной не будет таким трудным, как преды­дущая миграция платформы, я дам несколько советов, которые помогут избежать ловушек:

  • Изучайте математику программного обеспечения — 16 не входит в 64. Пользователи не смогут запускать 16‑разрядное программное обеспечение из 64‑разрядной операционной системы Windows, поэтому необходимо убрать любое 16‑разрядное программное обеспечение, зависшее у вас с 90‑х годов. Если вдруг пользователю нужно будет запустить какое-либо 16‑разрядное программное обеспечение (например, устаревший пакет финансовых программ для получения допуска к старым данным), вам придется дать пользователю доступ к 32‑разрядной платформе. Если у вас много пользователей, которым требуется запускать 16‑разрядное программное обеспечение, вы можете запустить его на 32‑разрядном сервере терминалов. Другой вариант — создание 32‑разрядной виртуальной машины (VM). Виртуализация может быть лучшей альтернативой, потому что все VM легко транспортируются.
  • Будьте внимательны: IA64 (Itanium) является особенным. Системы Windows, которые используют архитектуру процессора IA64, могут запускаться только на системах IA64. Если вы переориентируете существующие системы IA64, они естественно делятся на серверные роли. Серверная роль печати может вызывать проблемы, поскольку этим системам нужны драйверы печати для IA64. Существенное ограничение для этих серверов состоит в том, что 64‑разрядных приложений Windows для IA64 доступно меньше, чем для Windows на AMD64. Однако система IA64 будет запускать 32‑разрядные приложения.
  • Поймите, что 32‑разрядное и 64‑разрядное программное обеспечение несовместимы. Версии Windows для x86 не могут запускать 64‑разрядные приложения. Windows для AMD64 и IA64 будут запускать обычное 32‑разрядное программное обеспечение, но только внутри одного и того же процесса. Поскольку 64‑разрядные приложения не могут использовать 32‑разрядный двоичный код, 64‑разрядные версии приложений не могут загружать 32‑разрядные модули или компоненты. Если вы зависите от 32‑разрядных компонентов, вам нужно задействовать 32‑разрядную версию приложения. Это одна из причин того, что 64‑разрядные системы Windows используют 32‑разрядный Internet Explorer (IE) по умолчанию; для него есть огромная установленная база 32‑разрядных элементов управления, которую поставщики не перенесли на 64‑разрядную платформу.
  • Помните, что переход от 32 разрядов к 64 — это именно переход, а не модернизация. Если вы планируете перевести существующие компьютеры с 32‑разрядной Windows на 64‑разрядную, вы можете захватить настройки и файлы инструментами, такими как Windows Easy Transfer, но вы не можете произвести модернизацию. Вам не удастся даже запустить программу установки новой 64‑разрядной версии Windows в 32‑разрядной системе Windows.
  • Проверьте свои драйверы. Вы не можете использовать 32‑разрядные драйверы ядра на 64‑разрядных системах Windows. Подсистема WOW64 доступна только выше ядра операционной системы. Поэтому проверка драйверов перед переходом от 32 разрядов к 64 является ключевой.
  • Будьте готовы помочь своим пользователям проверить их архитектуру Windows. Система Windows идентична изнутри и снаружи для 32‑разрядной и 64‑разрядной вычислительных платформ, поэтому пользователи могут не знать, используют они 32‑разрядную или 64‑разрядную операционную систему. Служба поддержки должна быть готова провести пользователей через процедуру опознания архитектуры Windows, если возникнут вопросы. Статья Microsoft «Как определить, запускает компьютер 32‑разрядную или 64‑разрядную версию операционной системы Windows» (support.microsoft.com/kb/827218) может помочь сотрудникам службы поддержки либо можно адресовать пользователей к данной статье.

О чем следует помнить

Хотя переход от 32‑разрядной компьютерной платформы к 64‑разрядной не будет совсем простым (особенно когда он осложнен тем, что пользователи не понимают терминологии), он вряд ли будет представлять особую трудность. Идентичность интерфейсов пользователя на разных платформах и поддержка существующего 32‑разрядного программного обеспечения делают большую часть изменений вполне понятной. То, что 64‑разрядные версии Windows используют 32‑разрядный браузер IE по умолчанию, также помогает сделать изменения незаметными. Двойственность архитектур IA64 и AMD64 не представляет серьезной проблемы. IA64 обычно используется в мощных системах, где недостаток в поддержке специ­фического оборудования и программного обеспечения может рассматриваться как одна из особенностей, а не как непреодолимое препятствие.

Самые важные замечания перед переходом к 64‑разрядным вычислениям сводятся к следующим. Перед переводом компьютера на 64‑разрядную Windows нужно убедиться, что есть 64‑разрядные драйверы и удалено (либо сделаны все соответствующие настройки) все 16‑разрядное программное обеспечение. Чтобы произвести переход, нужно сделать новую установку: вы не можете модернизировать старую систему. Наконец, убедитесь, что служба технической поддержки в состоянии помочь пользователям определить, используют ли они 32‑разрядные или 64‑разрядные системы, если возникнут проблемы. Хотя это переход не банален, он меркнет в сравнении с той работой, которая была проведена для очистки корпоративных компьютеров от Windows 3.11.

Компания Intel прошла очень длинный путь развития, от небольшого производителя микросхем до мирового лидера по производству процессоров. За это время было разработано множество технологий производства процессоров, очень сильно оптимизирован технологический процесс и характеристики устройств.

Множество показателей работы процессоров зависит от расположения транзисторов на кристалле кремния. Технологию расположения транзисторов называют микроархитектурой или просто архитектурой. В этой статье мы рассмотрим какие архитектуры процессора Intel использовались на протяжении развития компании и чем они отличаются друг от друга. Начнем с самых древних микроархитектур и рассмотрим весь путь до новых процессоров и планов на будущее.

Архитектуры процессора Intel

Сразу говорю, что вам не стоит ждать от статьи технических подробностей, мы рассмотрим только базовые отличия, которые будут интересны обычным пользователям.

Первые процессоры

Сначала кратко окунемся в историю чтобы понять с чего все началось. Не будем углубятся далеко и начнем с 32-битных процессоров. Первым был Intel 80386, он появился в 1986 году и мог работать на частоте до 40 МГц. Старые процессоры имели тоже отсчет поколений. Этот процессор относиться к третьему поколению, и тут использовался техпроцесс 1500 нм.

Следующим, четвертым поколением был 80486. Используемая в нем архитектура так и называлась 486. Процессор работал на частоте 50 МГц и мог выполнять 40 миллионов команд в секунду. Процессор имел 8 кб кэша первого уровня, а для изготовления использовался техпроцесс 1000 нм.

Следующей архитектурой была P5 или Pentium. Эти процессоры появились в 1993 году, здесь был увеличен кэш до 32 кб, частота до 60 МГц, а техпроцесс уменьшен до 800 нм. В шестом поколении P6 размер кэша составлял 32 кб, а частота достигла 450 МГц. Тех процесс был уменьшен до 180 нм.

Дальше компания начала выпускать процессоры на архитектуре NetBurst. Здесь использовалось 16 кб кэша первого уровня на каждое ядро, и до 2 Мб кэша второго уровня. Частота выросла до 3 ГГц, а техпроцесс остался на том же уровне — 180 нм. Уже здесь появились 64 битные процессоры, которые поддерживали адресацию большего количества памяти. Также было внесено множество расширений команд, а также добавлена технология Hyper-Threading, которая позволяла создавать два потока из одного ядра, что повышало производительность.

Естественно, каждая архитектура улучшалась со временем, увеличивалась частота и уменьшался техпроцесс. Также существовали и промежуточные архитектуры, но здесь все было немного упрощено, поскольку это не является нашей основной темой.

Intel Core

На смену NetBurst в 2006 году пришла архитектура Intel Core. Одной из причин разработки этой архитектуры была невозможность увеличения частоты в NetBrust, а также ее очень большое тепловыделение. Эта архитектура была рассчитана на разработку многоядерных процессоров, размер кэша первого уровня был увеличен до 64 Кб. Частота осталась на уровне 3 ГГц, но зато была сильно снижена потребляемая мощность, а также техпроцесс, до 60 нм.

Процессоры на архитектуре Core поддерживали аппаратную виртуализацию Intel-VT, а также некоторые расширения команд, но не поддерживали Hyper-Threading, поскольку были разработаны на основе архитектуры P6, где такой возможности еще не было.

Первое поколение — Nehalem

Дальше нумерация поколений была начата сначала, потому что все следующие архитектуры — это улучшенные версии Intel Core. Архитектура Nehalem пришла на смену Core, у которой были некоторые ограничения, такие как невозможность увеличить тактовую частоту. Она появилась в 2007 году. Здесь используется 45 нм тех процесс и была добавлена поддержка технологии Hyper-Therading.

Процессоры Nehalem имеют размер L1 кэша 64 Кб, 4 Мб L2 кэша и 12 Мб кєша L3. Кэш доступен для всех ядер процессора. Также появилась возможность встраивать графический ускоритель в процессор. Частота не изменилась, зато выросла производительность и размер печатной платы.

Второе поколение — Sandy Bridge

Sandy Bridge появилась в 2011 году для замены Nehalem. Здесь уже используется техпроцесс 32 нм, здесь используется столько же кэша первого уровня, 256 Мб кэша второго уровня и 8 Мб кэша третьего уровня. В экспериментальных моделях использовалось до 15 Мб общего кэша.

Также теперь все устройства выпускаются со встроенным графическим ускорителем. Была увеличена максимальная частота, а также общая производительность.

Третье поколение — Ivy Bridge

Процессоры Ivy Bridge работают быстрее чем Sandy Bridge, а для их изготовления используется техпроцесс 22 нм. Они потребляют на 50% меньше энергии чем предыдущие модели, а также дают на 25-60% высшую производительность. Также процессоры поддерживают технологию Intel Quick Sync, которая позволяет кодировать видео в несколько раз быстрее.

Четвертое поколение — Haswell

Поколение процессора Intel Haswell было разработано в 2012 году. Здесь использовался тот же техпроцесс — 22 нм, изменен дизайн кэша, улучшены механизмы энергопотребления и немного производительность. Но зато процессор поддерживает множество новых разъемов: LGA 1150, BGA 1364, LGA 2011-3, технологии DDR4 и так далее. Основное преимущество Haswell в том, что она может использоваться в портативных устройствах из-за очень низкого энергопотребления.

Пятое поколение — Broadwell

Это улучшенная версия архитектуры Haswell, которая использует техпроцесс 14 нм. Кроме того, в архитектуру было внесено несколько улучшений, которые позволили повысить производительность в среднем на 5%.

Шестое поколение — Skylake

Следующая архитектура процессоров intel core — шестое поколение Skylake вышла в 2015 году. Это одно из самых значительных обновлений архитектуры Core. Для установки процессора на материнскую плату используется сокет LGA 1151, теперь поддерживается память DDR4, но сохранилась поддержка DDR3. Поддерживается Thunderbolt 3.0, а также шина DMI 3.0, которая дает в два раза большую скорость. И уже по традиции была увеличенная производительность, а также снижено энергопотребление.

Седьмое поколение — Kaby Lake

Новое, седьмое поколение Core — Kaby Lake вышло в этом году, первые процессоры появились в середине января. Здесь было не так много изменений. Сохранен техпроцесс 14 нм, а также тот же сокет LGA 1151. Поддерживаются планки памяти DDR3L SDRAM и DDR4 SDRAM, шины PCI Express 3.0, USB 3.1. Кроме того, была немного увеличена частота, а также уменьшена плотность расположения транзисторов. Максимальная частота 4,2 ГГц.

http://iclubspb.ru/arhitektura-protsessora/

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *