CC BY
34УДК 004
Г.А. Плесовских
ПРОЦЕССОР - КАК ГЛАВНАЯ И НЕОТЪЕМЛЕМАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ ЭВМ
В статье рассматривается создание вычислительных процессоров, их путь становления от простых калькуляторов - до сложных многооперационных современных образцов, без которых, несомненно, компьютерная техника никогда бы не существовала. Проанализированы характерные особенности, совершенствование которых и представляет собой постепенное развитие процессоров. В проведенном исследовании даются прямые определения, сравнения и в лаконичной форме формулируются их основные характеристики.
Ключевые слова: Intel, AMD, процессор, компьютер.
Сегодня в продаже существует большое количество разнообразных компьютерных систем, разных по стоимости и по набору выполняемых ими функций [1].
Персональный компьютер стал уже частью повседневности современного человека, представить работу и быт без него сейчас - уже проблематично.
Особое значение имеет внедрение персональных компьютеров как составных частей информационных систем. При этом работа по сбору, хранению, обработки и распространению информации стала намного проще и осуществляются удобными интерфейсами «человек - ЭВМ» [2].
«Мозгом» любого компьютера является процессор, который выполняет программный код, находящийся в памяти и руководит работой всех устройств компьютера. Чем выше скорость работы процессора, тем выше быстродействие компьютера.
Такое «сейчас» для нас стало возможно благодаря компании Intel, создавшей в 1971-м году первые микропроцессоры.
Период с 40-х по вторую половину 50-х годов - был стартом использования процессоров на электромеханическом реле, вакуумных лампах и ферритовых сердечниках (устройства памяти). Для своего времени, это был большой скачок вперёд в сторону построения вычислительных систем. Весьма типичным для таких архаичных процессоров являлось обильное тепловыделение, низкая скорость работы и надёжность в целом.
Уже после на смену предыдущему, пришёл транзисторный принцип построения. Такие процессоры располагались с помощью специальных стоек на примитивных платах, имеющих сходство с современными материнскими платами. Благодаря этому увеличилось быстродействие и надёжность, при минимальном потреблении энергии.
Середина 60-х готов отметилась созданием процессорных микросхем. Для этого периода времени было типичным применение низкоинтегрированных микросхем, содержащих самые простые резистор-ные и транзисторные схемы.
Intel-4004
© Плесовских Г.А., 2016.
■ «-'И
7ТТТ7Т777
Intel-8008
Создание кристальной микросхемы, которая вмещала в себя полный комп лект главных процессорных блоков и элементов - именно начало 8-го десятка прошлого века можно считать временем создания микропроцессора. В 1971 год отметился в истории развития тем, что, благодаря усилиям инженеров компании Intel, миру был дан первый в своём роде микропроцессор Intel-4004, имеющий 4 разрядности и состоящий из 2,3 тысячи полупроводниковых транзисторов. Его тактовая чистота была 108 килогерц — что является 0,108 мегагерц (МГц) или 0,000108 гигагерц (ГГц).
Именно появление микропроцессоров дало начало тому, что личная компьютерная станция стала неотъемлемой частью каждой квартиры. Именно Intel-4004 можно по праву назвать первым образцом линейки процессоров, который был выпущен в широкое производство и стал доступен любому желающему. Вскоре, уже через год, свет увидел его улучшенную версию - Intel-8008, кремниевая оболочка которого вмещала в себя 3,5 тысячи транзисторов, исправно совершающих вычисления на частоте 200 кГц, данные обрабатывались по 8-разрядной шине, при этом 10-и микронная технология производства оставалась всё столь же актуальной.
Вскоре, в 1974-м году, безусловный новатор и монополист на рынке микропроцессоров того времени, подняли планку производительной мощности выше, создав 64-х килобайтный Intel-8080, вмещающий в себя 6 тысяч транзисторов. Небезызвестный компьютер «Альтаир 8800» производил свои вычисления на базе именно этого «камня».
Intel-8086
Спустя 4 года, очередным достижением необходимо отметить Intel 8086, включающий комплект команд х86, ставшие архитектурным базисом подавляющего большинства вычислительных процессоров. Данный продукт прогресса выполнял свои функции на частоте 5 МГц, представлял собой 29 тысяч транзисторов. Адресовать 1024 K6 памяти - было для него естественно, так как шина адреса состояла уже из 20-и разрядов.
275-ю тысячами транзисторов покорил умы всех причастных к вычислительной технике новоявленный Intel 80386, получивший свою жизнь середине 80-х годов. По сравнению со своим предшественником, данная версия процессора имела более совершенную защиту, а широкая 32-х битная адресация давала возможность использовать вплоть до 4 Гб оперативной памяти, плюсом ко всему осуществлялась поддержка применения виртуальной памяти. Производился он по технологии 1,5 мкм, а работал на частоте от 16 до 40 мегагерц. Подобные процессоры полностью базировались на модели регистров. В это же время двигалось и набирало обороты совершенствование микропроцессоров: они базировались на стековой модели вычисления.
Первая партия 32-разрядных процессоров Pentium вышла в массовое пользование примерно в 1993-м году. Тогда количество используемых транзисторов было равно 3-м миллионам, они были изготовлены по 0,8 мкм технологии, с частотой 60 и 66 МГц и 64-битную шину данных. Буквально уже через год, вышло следующие поколение этого процессора, с тактовой частотой 75, 90 и 100 МГц, изготовлялись по 0,6 мкм технологии, что уменьшило потребляемую ими энергию [3].
Intel-Pentium
Известная многим линейка Celeron, активно использующаяся в ноутбуках самого начала 21 -го века, была создана и поступила в 1998 году, а работала на ядре процессора Pentium II: кэша в нем ещё не было, вычислительная мощность оставляла желать лучшего. Однако большим достоинством необходимо отметить хорошую техническую совместимость.
Мощную конкуренцию Intel в то время составила линейка процессоров от их главных конкурентов - компании AMD, представившей свой Athlon, который стал узнаваемой маркой этого производителя.
Более совершенная, улучшенная версия Athlon^ вскоре стала новой линейкой под названием Thunderbird. Улучшенная ревизия ядра, вместе с увеличением производительности кэша 2-го уровня и рядом других усовершенствований, подняли качество и надёжность процессора на очередной новый уровень. Вдобавок ко всему AMD ввела Socket A (462) - один из самых успешных и получивших широкое признание сокетов на материнских платах, который можно иногда встретить и сейчас.
В самом начале 20-х, завоевавший доверие и место Celeron, вынужден потесниться: AMD выдаёт своё новое детище - Duron, который не остаётся незамеченным на рынке и успешно пользуется популярностью, как качественный дешёвый аналог процессора Intel. Поначалу Duron обладали не самой быстрой шиной в 100 МГц и чуть заниженным кэшем - это и являлось причиной популярности у не самого обеспеченного пользователя. Duron производился исключительно с 64 Кб кэш-памяти второго уровня, а частотой располагал в промежутке от 600 МГц до 950 МГц [4].
Те процессоры Duron, что создавались позже, были построены на базе Athlon XP, в которые ввели работу с SSE-инструкциями. Релизная версия Duron держала свою основу на Thoroughred Athlon XP и использовала более высокоскоростную шину передачи данных, примерно 133 МГц. Тактовая же чистота составляла уже 1.8 ГГц - что почти вдвое больше ранней версии.
Core 2 Duos произвёл резкий фурор на рынке со своими 167 миллионами транзисторов, 65 нано-метровой технологией, 2 МБ L2 кэш-памяти и 1,066 МГц частотой шины. Несмотря на первичный выход в свет с невысокими частотами 1.86 МГц и 2.13 МГц (Е6300 и Е6400 соответственно), хорошая производительность, как и приемлемая стоимость, сделали линейку процессоров Core 2 приоритетным выбором для многих пользователей.
Некоторое время спустя эта линейка была переведена на другую, 45 нанометровую технологию производства. Именно из этого в дальнейшем получил начало Penryn, в котором 820 миллионов транзисторов уместились в процессор с 4-мя ядрами, выполняющий свою работу с частотой около 3.2 ГГц.
Отдав ветвь первенства создания высокопроизводительных процессоров в цепкие лапы архитектуры Intel, компания AMD планировала предпринять попытку резкого скачка интереса на рынке процессором Phenom, изначально известным под именем Barcelona. Однако нестабильность его работы на первых этапах не позволила это осуществить.
Процессор Core i7 еще больше беспокоил AMD, который надеялся на борьбу в создании архитектуры, способной конкурировать с Core 2. Но Core i7 не нашел себе конкурентов, даже в лице мощной линейки FX, которая уступает интеловскому «монолиту» в вопросе выделении тепла.
Core i7
На данный момент Intel взаимодействует с Microsoft и работает над оптимизацией работы Core 6-го поколения в среде Windows 10.
Создание Intel Skylake уже сулит тем, что продолжение поступления обновлений для версий ОС 7 и 8.1 - скорее всего, лишь вопрос короткого промежутка времени. В соответствии с изменившимися условиями, обладатели девайсов на базе новых поколений процессоров Intel, AMD и Qualcomm из операционных систем Microsoft, будут обязаны взять на вооружение в работе 10-ю версию Windows.
Необходимо отметить, что более привычным можно назвать обновление аппаратного обеспечения компьютера, если его текущее состояние не отвечает требованиям новой версии программного обеспечения. По всей видимости, на этот раз могучий монополист, в сфере операционных систем и его партнеры, приняли решение пропустить долгий и трудоёмкий рабочий процесс по обеспечению совместимости более современного «железа» с ранними версиями Windows. При неприятном исходе - старые операционные системы будут прекращены поддерживаться обновлениями. Или же, что тоже весьма вероятно -будут выполнять свои функции с ошибками.
Поскольку Intel и Microsoft неоднократно упоминали, что эти компании работают в плотном сотрудничестве, важно упомянуть, что 6-е поколение процессоров от Intel, называемое Skylake - скорее всего, минует поддержку ранних версий Windows [5].
Ни для кого не секрет, что некоторые компании, не желая нарушать привычный ритм работы, намеренно или нет, упускают из виду важность своевременного обновления программных и технических средств. Компания Microsoft открыто заявляет о дальнейших намерениях обновления версий ОС 7 и 8.1 для таблицы связанных «скайлейк-систем» лишь до середины 2017-го года. Таким образом, у всех корпоративных клиентов будет время для приобретения и начала использования 10-й версии ПО.
В этот отрезок времени «наиболее важные обновления безопасности Windows 7 и Windows 8.1 будут адресоваться этим конфигурациям и будут выходить, если не станут представлять риска для надежности и совместимости платформ Windows 7 и 8.1 на других устройствах». Корпоративные клиенты и рядовые пользователи, конечно же, будут иметь возможность приобретать ПК с более ранней аппаратной составляющей и не использовать как Intel Skylake, так и другие новые «камни». К примеру, процессоры с микроархитектурой Broadwell - весьма стабильно работают со старыми версиями Windows, а найти их, на данный момент, не является большой проблемой.
Компьютеры с повышенными способностями - суперкомпьютеры - это многомашинные и/или многопроцессорные комплексы, обслуживающие общую совокупность внешних устройств, общую память и иногда распределенные среди разных городов и даже стран мира.
Суперкомпьютеры используют в ситуациях, когда необходимо обработать большой объем данных в короткий промежуток времени и смоделировать операции, выполняемые одновременно [6].
Intel Federal - стопроцентная дочерняя компания корпорации Intel, должна поставить два суперкомпьютера следующего поколения в Аргонскую национальную лабораторию.
Самый мощный компьютер, который получит название Aurora, основан на масштабируемой среде Intel для высокопроизводительных вычислений. Aurora будет создан к 2018 году и будет иметь пиковую производительность на уровне 180 петафлопс, что сделает его самой мощной вычислительной системой на данный момент.
Второй суперкомпьютер получит название Theta. Производительность данной системы планируется около 8,5 петафлопс, при этом она будет потреблять всего 1,7 МВт мощности. Систему Theta построят на базе процессоров Intel Xeon и процессоров Intel Xeon Phi следующего поколения.
Сопроцессоры Intel Xeon Phi имеют формат дополнительного адаптера PCI Express и работают си-нергетически с процессорами Intel Xeon, обеспечивая резкий прирост производительности при высоко-пареллельной обработке кода - до 1,2 терафлопс (триллион операций с плавающей запятой в секунду) двойной точности на сопроцессор [7].
Библиографический список
1. Поначугин А.В. Создание и перспективы открытых аппаратно-программных систем сетевого управления технологическими процессами / Информационные технологии в организации единого образовательного пространства (сборник статей по материалам Международной научно -практической конференции преподавателей, студентов, аспирантов, соискателей и специалистов). Кафедра Прикладной информатики и информационных технологий в образовании. Н.Новгород : Мининский университет, 2015. -С.75-79;
2. Рыбакова А.С., Поначугин А.В. Информационные технологии: проблемы их внедрения, достоинства, недостатки // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. - 2014. - № 11-2. - С.24-
27;
3. Процессоры Intel [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.paygid.ru/articles/processori-intel/?q=726&n=749;
4. Процессоры AMD [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.amd.com/ru-ru/products/processors;
5. Процессоры Intel Core i7 6-го поколения (ранее Skylake) [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.intel.ru/content/www/ru/ru/ processors/core/core-i7-processor.html;
6. Поначугин А.В. Использование суперкомпьютеров для решения задач моделирования // Фундаментальные и прикладные исследования в современном мире. - 2015. - № 10-1. С. 22-25;
7. Семейство продукции Intel Xeon Phi [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.intel.ru/content/www/ru/ru/processors/xeon/xeon-phi-detail.
ПЛЕСОВСКИХ ГАЛИНА АРТУРОВНА - студент, Нижегородский государственный педагогический университет имени Козьмы Минина (Мининский университет), Россия.
