Архитектура современных процессоров

1. Увеличение тактовой  частоты. Самый простой способ  сделать процессор более производительным  – повысить его тактовую частоту  [1]. Начиная с 1971 года, когда появился  первый микропроцессор, тактовая  частота увеличилась в 25 000 раз  (см. врезку на следующей странице). Однако с увеличением тактовой  частоты возрастает и энергопотребление,  а также выделение тепла, которое  нужно как-то отводить от чипа (иначе процессор будет работать  нестабильно). Заметим, что тактовая  частота является только одним  из факторов, определяющих производительность  современного процессора, но не  единственным. Поэтому «гонка частот»  пошла на спад, и современные  процессоры по частотным характеристикам  недалеко продвинулись по сравнению  с моделями двух- и трехлетней  давности: тактовые частоты топовых  ЦП едва превысили отметку  в 3 ГГц.

2. Наличие нескольких  ядер. Большинство современных процессоров  являются двухъядерными (Dual Core). Это  значит, что в одной микросхеме, по сути, находятся сразу два  процессора. Уже появились модели, которые состоят из четырех  ядер (Quad Core), например, Intel Core 2 Quad и AMD Phenom X4. В будущем количество ядер  в процессорах будет только  возрастать, потому как увеличивать  их число проще, чем постоянно  поднимать тактовую частоту.

3. Увеличение объема кэш-памяти. Данные, с которыми работает процессор,  и команды для их обработки  помещаются в оперативной памяти, но помимо нее, в сам ЦП  встроена кэш-память (cache), доступ  к которой осуществляется гораздо  быстрее. В кэш помещаются наиболее  часто используемые процессором  данные и куски программного  кода. Чем больше объем кэш-памяти, тем выше скорость работы процессора  на реальных задачах (при этом  прирост производительности сильно  зависит от самой задачи). Вся  кэш-память делится на два уровня. К первому уровню процессор  получает доступ быстрее, поэтому  в нем содержится самая нужная  информация. В кэш второго уровня  попадают менее «ходовые» данные. Объем первого уровня невелик  и у нынешних ЦП различается  не столь сильно, поэтому является  менее показательной характеристикой.  А кэш-память второго уровня  увеличивается ударными темпами:  у современных двухъядерных процессоров  она может иметь объем до 6 Мб, а у четырехъядерных - до 12 Мб.

4. Увеличение тактовой  частоты фронтальной шины. Обмен  данными современных процессоров  с оперативной памятью происходит  через канал, называемый фронтальной  шиной (Front Side Bus – FSB). Чем выше  ее тактовая частота, тем быстрее  происходит передача данных. Первые  процессоры Pentium 4 c шиной 400 МГц могли сообщаться с памятью на скорости 3,2 Гб в секунду. Пропускная способность современных процессоров Core 2 Duo и Core 2 Quad с шиной 1333 МГц достигает 10,6 Гб в секунду.

5. Все вышеперечисленные  достижения стали возможными  благодаря постоянно развивающимся  технологиям производства микропроцессоров. Последние модели четырехъядерных  ЦП Intel содержат 820 (!) млн транзисторов. Для того чтобы уместить такое  огромное количество элементов  на площади, равной паре квадратных  сантиметров, нужно уменьшить  их до микроскопических размеров. Попутно уменьшается количество  выделяемого тепла, и становится  возможной работа на более  высоких частотах. Размер транзистора  передовых современных ЦП составляет  всего 45 нанометров (для сравнения:  толщина человеческого волоса  равна 10 000 нанометров). В 2009 году  производство процессоров перейдет  уже на 32-нанометровую технологию.

Список литературы

1. Айден К., Фибельман Х., Крамер М. Аппаратные средства РС. - СПб., BHV - С. - Петербург, 2010.
2. Анкинов Б.Ю. Архитектура компьютера. - Спб., БХВ, 2009. - 384с.
3. Антонюк Б.Д. Информационные системы в управлении. - М., Радио и связь, 2012.
4. Бертсекас Д., Галлагер Р. Сети передачи данных. - М., Мир, 2008. - 542с.
5. Блэк Ю. Сети ЭВМ: протоколы, стандарты, интерфейсы. - М., Мир, 2010.
6. Бройдо В.Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. - Спб., Питер, 2002. - 688с.
7. Вендров А.М. Комплектующие системного блока, - М.: Финансы и статистика, 2002.
8. М. Гук. Аппаратные средства PC. Энциклопедия. - М. 2011.
9. Дуглас Камер' Сети TCP/IP, том 1. Принципы, протоколы и структура = Internetworking with TCP/IP, Vol. 1: Principles, Protocols and Architecture. — М.: «Вильямс», 2003. — С. 880.
10. Соколов А.В. Современные процессоры. - СПб., BHV - С. - Петербург, 2012. - 272с.
11. Терри Оглтри' Модернизация и ремонт сетей = Upgrading and Repairing Networks. — 4-е изд. — М.: «Вильямс», 2011. — С. 1328. — ISBN 0-7897-2817-6
12. Филимонов А. Протоколы Интернета. БХВ-Петербург., 2003 г.
13. Фролов А.В., Фролов Г.В. Программирование модемов. - М, Диалог-МИФИ, 2012. - 233с.