¡Problema urgente de CPU~!
Intel y AMD
Nota del editor: Todo pasará por un proceso desde el desarrollo hasta el crecimiento. La CPU ha podido desarrollarse hasta la escala y los logros que tiene hoy, y su historia de desarrollo es aún más intrigante. Como "núcleo" de la computadora, la CPU no es una excepción. Este artículo nos lleva a un breve pero intenso período de desarrollo de CPU. En el proceso de esta revisión, describimos principalmente los procesos de desarrollo de productos de los dos principales gigantes de CPU: Intel y AMD. Para otras empresas de CPU, como Cyrix e IDT, debido a que rara vez vemos sus productos, no entraremos en detalles debido a limitaciones de espacio.
1. La CPU en la era X86
La CPU se remonta a 1971. Ese año, Intel, que aún se encontraba en la etapa de investigación y desarrollo, lanzó el primer microprocesador del mundo, el 4004. Este no sólo fue el primer microprocesador de 4 bits utilizado en calculadoras, sino que también fue el primer procesador de computadora asequible. ! El 4004 contenía 2300 transistores, tenía una funcionalidad bastante limitada y todavía era muy lento. Fue despreciado por el entonces gigante azul IBM y por la mayoría de los usuarios empresariales, pero después de todo, fue un producto que hizo época. Desde entonces, Intel ha sido inseparable de los microprocesadores. Se puede decir que el proceso de desarrollo histórico de la CPU es en realidad el proceso de desarrollo de la CPU de la serie INTEL X86, a través del cual comenzaremos nuestro "viaje histórico de la CPU".
Diagrama de arquitectura del núcleo del procesador 4004
En 1978, Intel una vez más lideró la tendencia y produjo por primera vez un microprocesador de 16 bits, llamado i8086. Al mismo tiempo, también se lanzó un coprocesador matemático i8087. Los dos chips utilizan conjuntos de instrucciones compatibles, pero el conjunto de instrucciones i8087 agrega algunas instrucciones específicas para cálculos matemáticos como logaritmos, funciones exponenciales y trigonométricas. Debido a que estos conjuntos de instrucciones se utilizan en i8086 e i8087, la gente también los llama conjuntos de instrucciones X86. Aunque Intel produjo CPU nuevas de segunda y tercera generación más avanzadas y rápidas, todavía eran compatibles con las instrucciones X86 originales. Intel siguió el orden X86 original al nombrar las CPU posteriores hasta que más tarde, debido a problemas de registro de marcas, abandonó. Utilice números arábigos para nombrar. En cuanto a otras empresas que se desarrollaron más tarde, como AMD y Cyrix, las CPU anteriores a 486 (incluida la 486) recibieron el nombre de sus propias CPU X86. Sin embargo, en la época de 586, la competencia en el mercado se volvió cada vez más feroz. Debido a problemas de registro de marcas, ya no pueden usar nombres iguales o similares a los de las CPU X86 de Intel, por lo que deben nombrar sus propias CPU compatibles con 586 y 686.
En 1979, INTEL lanzó el chip 8088, que todavía era un microprocesador de 16 bits y contenía 29.000 transistores. La frecuencia del reloj es de 4,77 MHz, el bus de direcciones es de 20 bits y se puede utilizar 1 MB de memoria. El bus de datos interno del 8088 es de 16 bits y el bus de datos externo es de 8 bits, mientras que su hermano 8086 es de 16 bits. 1981 El chip 8088 se utilizó por primera vez en la PC de IBM, lo que marcó el comienzo de una nueva era de microcomputadoras. También fue a partir del año 8088 que el concepto de PC (computadora personal) comenzó a desarrollarse en todo el mundo.
Procesador Intel 8086
En 1982, cuando muchos lectores jóvenes aún estaban en su infancia, INTE ya había lanzado el último producto de época, el chip Zao 80286 en comparación con 8006 y. 8088, tuvo un gran desarrollo. Aunque sigue siendo una estructura de 16 bits, contiene 134.000 transistores en la CPU. Sus buses de datos internos y externos son de 16 bits, el bus de direcciones es de 24 bits y puede direccionar 16 MB de memoria. A partir de 80286, la CPU evolucionó a dos modos de trabajo: modo real y modo protegido.
Procesador Intel 80286
En 1985, INTEL lanzó el chip 80386, que fue el primer microprocesador de 32 bits de la serie 80X86. Su proceso de fabricación también ha experimentado grandes avances.
En comparación con 80286, 80386 contiene 275.000 transistores y tiene una frecuencia de reloj de 12,5 MHz, que luego se incrementó a 20 MHz, 25 MHz y 33 MHz. Los buses de datos internos y externos del 80386 son ambos de 32 bits, y el bus de direcciones también es de 32 bits y puede direccionar hasta 4 GB de memoria. Además del modo real y el modo protegido, también agrega un modo de trabajo llamado virtual 86, que puede proporcionar capacidades multitarea simulando múltiples procesadores 8086 al mismo tiempo. Además del chip estándar 80386, al que a menudo nos referimos como 80386DX, debido a diferentes consideraciones de mercado y aplicaciones, INTEL también ha lanzado otros tipos de chips 80386: 80386SX, 80386SL, 80386DL, etc. El 80386SX lanzado en 1988 es un chip ubicado entre el 80286 y el 80386DX. La diferencia con 80386DX es que el bus de datos externo y el bus de direcciones son los mismos que 80286, que son 16 bits y 24 bits respectivamente (es decir, la capacidad de direccionamiento es 16 MB). Los 80386 SL y 80386 DL lanzados en 1990 son chips de bajo consumo que ahorran energía y se utilizan principalmente en computadoras portátiles y computadoras de escritorio que ahorran energía. La diferencia entre 80386 SL y 80386 DL es que el primero se basa en 80386SX y el segundo en 80386DX, pero ambos añaden un nuevo modo de trabajo: el modo de gestión del sistema (SMM). Al ingresar al modo de administración del sistema, la CPU reducirá automáticamente la velocidad de ejecución, controlará la pantalla, el disco duro y otros componentes para que dejen de funcionar, o incluso dejará de funcionar y entrará en el estado de "suspensión" para lograr el propósito de ahorrar energía.
Procesador Intel 80386
En 1989, INTEL lanzó el conocido chip 80486. Lo mejor de este chip es que realmente rompe la barrera de los 10.000 transistores e integra 12.000 transistores. La frecuencia de reloj del 80486 aumentó gradualmente de 25MHz a 33MHz y 50MHz. 80486 integra 80386, el coprocesador matemático 80387 y un caché de 8 KB en un solo chip. La serie 80X86 utiliza tecnología RISC (conjunto de instrucciones reducido) por primera vez y puede ejecutar una instrucción en un ciclo de reloj. También utiliza un modo de bus en ráfaga, que mejora enormemente la velocidad del intercambio de datos con la memoria. Debido a estas mejoras, el 80486 funciona 4 veces mejor que el 80386DX con el coprocesador matemático 80387. Al igual que 80386, existen varios tipos de 80486. El modelo original presentado anteriormente es 80486DX. En 1990 se presentó el 80486SX, una versión más económica del modelo 486. La diferencia con el 80486DX es que no tiene coprocesador matemático. El esclavo 80486 DX2 utiliza tecnología de multiplicación de reloj, lo que significa que el chip interno funciona dos veces más rápido que el bus externo, es decir, el chip interno funciona al doble de la velocidad del reloj del sistema, pero aún se comunica con el mundo exterior a la velocidad original. velocidad del reloj. Las frecuencias de reloj interno del 80486 DX2 incluyen principalmente 40MHz, 50MHz y 66MHz. El 80486 DX4 también es un chip que utiliza tecnología de multiplicación de reloj, lo que permite que sus unidades internas funcionen a dos o tres veces la velocidad del bus externo. Para admitir esta mayor frecuencia operativa interna, su caché en el chip se amplía a 16 KB. El 80486 DX4 tiene una frecuencia de reloj de 100MHz, que es 40 veces más rápida que los 66MHz del 80486 DX2. El 80486 también tiene una versión mejorada SL con un modo de administración del sistema para computadoras portátiles o computadoras de escritorio que ahorran energía.
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2. CPU en la era Pentium
Heredando el gran éxito del 80486 y ganando varias veces más dinero, Intel lanzó un nuevo CPU en 1993 Una generación de procesador de alto rendimiento: Pentium. A medida que la competencia en el mercado de CPU se vuelve cada vez más intensa, Intel considera que AMD y otras empresas ya no pueden usar el mismo nombre para competir por puestos de trabajo, por lo que solicitó el registro de marca. Dado que los números arábigos no se pueden utilizar para el registro según la ley estadounidense, Intel hizo una mala pasada y registró la marca en latín. Pentium significa "cinco" en latín, e Intel también le dio un bonito nombre chino: Pentium.
El código de fabricante de Pentium es P54C. El número de transistores Pentium llega a 365,438 millones y la frecuencia de reloj se ha incrementado de 60 MHZ y 66 MHZ a 200 MHZ. El rendimiento informático del microprocesador Pentium original de 66 MHZ es más de 3 veces mayor que el del 80486 DX de 33 MHZ, mientras que el Pentium de 100 MHZ es de 6 a 8 veces más rápido que el 80486 DX de 33 MHZ. Es decir, partiendo de Pentium, todos tenemos overclocking, que es una buena forma de conseguir el máximo rendimiento posible con el menor dinero posible. Como primer procesador de nivel 586 del mundo, Pentium es también el primer procesador con mayor capacidad de overclocking. Debido a su excelente proceso de fabricación, el rendimiento de punto flotante de toda la serie de CPU también es el más fuerte entre varios rendimientos, y el rendimiento de overclocking es el mayor, ganando así la mayor parte del mercado para las CPU de nivel 586. Las frecuencias de la familia Pentium son 60/66/75//90/100/120/133/150/166/200, mientras que las frecuencias internas de la CPU son 60 MHz-66 MHz. Vale la pena mencionar que a partir del Pentium 75, la tecnología de socket de la CPU ha cambiado oficialmente del Socket4 anterior a admitir tanto el Socket 5 como el Socket 7, de los cuales el Socket 7 se ha utilizado hasta el día de hoy. Además, todas las CPU Pentium tienen caché L1 de 16K incorporada, lo que hace que el rendimiento del procesamiento sea más potente.
Procesador Intel Pentium
Al mismo tiempo, AMD lanzó la serie de CPU K5. (¡AMD también cambió su nombre!) Hay seis frecuencias: 75/90/100/120/133/16KB. La frecuencia del bus interno es similar a la del Pentium, tanto de 60 como de 66MHz. Aunque no es tan bueno como Pentium en operaciones de punto flotante, las CPU de la serie K5 sí lo son. Aun así, AMD finalmente perdió ante Intel en la competencia "586" ya que se retrasó la fecha de envío de la serie k5.
1. Contratiempos iniciales - Pentium Pro:
Intel, que inicialmente ocupaba una parte del mercado de CPU, no se detuvo. Mientras otras empresas todavía estaban poniéndose al día con sus Pentium, lanzó la última generación de CPU de la serie X86 de sexta generación, el P6, en 1996. P6 es solo su nombre en clave de investigación. Después de su lanzamiento, el P6 tenía un nombre muy famoso: Pentium Pro. El Pentimu Pro contiene hasta 5,5 millones de transistores y tiene una frecuencia de reloj interno de 133 MHZ, que es casi el doble de la velocidad de procesamiento del Pentium de 100 MHZ. El caché de nivel uno (en chip) del Pentimu Pro es de 8 KB de instrucciones y 8 KB de datos.
Procesador Intel Pentium Pro
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Vale la pena señalar que en un paquete de Pentimu Pro, además del chip Pentimu Pro, y un chip de caché L2 de 256 KB. Los dos chips están interconectados por un bus de comunicación interno de gran ancho de banda, y los cables de conexión entre el procesador y el caché también están colocados en este paquete para que el caché pueda funcionar más fácilmente a frecuencias más altas. La caché L2 de la CPU Pentium Pro 200MHZ funciona a 200MHZ, lo que significa que funciona a la misma frecuencia que el procesador. Este diseño permite que el Pentium Pro alcance el máximo rendimiento. Lo más llamativo de Pentimu Pro es que tiene una tecnología innovadora llamada "ejecución dinámica", que es otro paso adelante después de que Pentium rompiera la arquitectura superescalar. La serie Pentimu Pro funciona a 150/166/180/200 y tiene un caché de primer nivel de 16 KB. Los tres primeros tienen un caché de segundo nivel de 256 KB. En cuanto a la CPU con velocidad de 200, hay tres versiones. La diferencia es que sus cachés integrados son de 256 KB. Sin embargo, debido a que la tecnología de caché no estaba madura en ese momento y los chips de caché en ese momento eran muy caros, aunque el rendimiento del Pentimu Pro era bueno, estaba lejos de quedarse atrás de sus competidores. Además, el precio es muy caro, la cantidad real de Pentimu Pro vendidos al mismo tiempo es la más pequeña y la vida en el mercado es muy corta. Se puede decir que el Pentimu Pro es el primer producto fallido de Intel.
2. Un comienzo glorioso - Pentium MMX:
Aprendiendo de la experiencia del Pentium Pro, Intel lanzó una versión mejorada de la serie Pentium a finales de 1996, con el código del fabricante. P55C, además es lo que solemos llamar Pentium MMX. Este procesador no integraba la ingrata caché L2 en su momento, pero encontró otra forma de utilizar la tecnología MMX para mejorar el rendimiento.
La tecnología MMX es la tecnología de conjunto de instrucciones mejorada multimedia recientemente inventada por Intel. El nombre completo en inglés se puede traducir como "Conjunto de instrucciones extendido multimedia". MMX es una nueva tecnología adoptada por Intel Corporation en 1996 para mejorar las aplicaciones de CPU Pentium en audio, vídeo, gráficos y comunicaciones. Agrega 57 instrucciones MMX a la CPU. Además de agregar instrucciones MMX al conjunto de instrucciones, la caché L1 en el chip de la CPU también aumenta de los 16 KB originales a 32 KB (16 K se refiere a la vida útil de 65438). La tecnología MMX no es solo una innovación, sino también una nueva era de desarrollo de CPU, más tarde SSE y ahora 3D. El conjunto de instrucciones ISO también se desarrolló a partir de MMX.
Procesador Intel Pentium MMX
Unos meses después de que Intel lanzara Pentium MMX, AM también lanzó su nuevo producto K6. La CPU de la serie K6 * * * tiene cinco frecuencias, a saber: 166/200/ 233/266/300. Los cinco modelos tienen 66 FSB, pero el 233/266/300 posterior puede admitir 100 FSB actualizando el BIOS de la placa base, por lo que se ha mejorado el rendimiento de la CPU. Cabe mencionar especialmente que su caché de primer nivel se ha incrementado a 64 KB, que es el doble que MMX, por lo que su rendimiento comercial es incluso mejor que el de Pentium MMX. Sin embargo, debido a la falta de un conjunto de instrucciones multimedia extendido, el rendimiento multimedia del K6, incluidos los juegos, no es tan bueno como el del Pentium MMX.
3. Establecimiento de ventajas - Pentium II:
En mayo de 1997, Intel lanzó un producto del mismo nivel que Pentium Pro, que es la CPU más influyente: Pentium II. El núcleo del Pentium II de primera generación se llamaba Klamath. Como chip de primera generación del Pentium II, funcionaba con un bus de 66MHz y tenía cuatro frecuencias principales de 233, 266, 300 y 333Mhz. Luego se lanzó el Pentium II con un bus de 100Mhz, con frecuencias de 300, 350, 400 y 450 Mhz. Pentium II utiliza la misma estructura central que Pentium Pro, heredando así el excelente rendimiento de 32 bits del procesador Pentium Pro original, pero acelera la operación de escritura del registro de segmento y agrega el conjunto de instrucciones MMX para acelerar el desarrollo de 16 bits. Sistemas operativos de bits. Velocidad de ejecución. Equipado con registros de segmentos renombrables, el Pentium II podría realizar escrituras de forma especulativa y permitir que instrucciones que utilizan valores de segmentos antiguos coexistan con instrucciones que utilizan valores de segmentos nuevos. En el Pentium II, Intel cambió el hardware bipolar, torpe y consumidor de energía, del anterior proceso de fabricación BiCMOS y comprimió 7,5 millones de transistores en una matriz de 203 milímetros cuadrados. El Pentium II es sólo 6 milímetros cuadrados más grande que el Pentium Pro, pero tiene 2 millones de transistores más que el Pentium Pro. Dado que el tamaño de la puerta es de sólo 0,28 micrones, estos transistores se aceleran, lo que permite velocidades de reloj sin precedentes en el X86.
Procesador Intel Pentium II
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En términos de tecnología de interfaz, Pentium II derrotó a los competidores de Intel y obtuvo mayor ancho de banda interno. El bus adopta lo último estándar de interfaz solt1 por primera vez. No utiliza un paquete cerámico, sino que utiliza una placa de circuito impreso con carcasa metálica, que no solo integra los componentes del procesador, sino que también incluye un caché de primer nivel de 32 KB. Si desea utilizar una tarjeta enchufable de un solo lado (también llamada tarjeta SEC) para conectarse al procesador Pentium II, solo necesita conectar directamente la placa de circuito impreso (PCB) a la tarjeta SEC. La cubierta de plástico de la tarjeta SEC se llama caja de tarjeta de un solo lado, también llamada caja de tarjeta SEC (lomo de tarjeta de contacto de un solo lado). Tiene el logotipo de Pentium II y la impresión de la imagen en color de Pentium II.
En el casete de la tarjeta SEC, el paquete del procesador, la caché L2 y TagRAM están conectados a una base (es decir, la tarjeta SEC, un lado de la base (el lado que contiene el núcleo del procesador) está provisto de un disipador de calor de aluminio y el otro lado. cubierto con sello de plástico negro. La CPU Pentium tiene una caché L1 en chip de 32 KB (16 KB de instrucciones/16 KB de datos); El núcleo, que consta de 7,5 millones de transistores, se fabrica mediante un proceso de 203 milímetros cuadrados. El procesador está montado en una pequeña placa de circuito impreso (PCB) y tiene buen soporte para SMP bidireccional. En cuanto al caché L2, tiene 512K, que es un caché SRAM de ráfaga síncrona fuera del chip en cascada de cuatro vías. Estos cachés funcionan a la mitad de la velocidad del procesador central (133MHz para una CPU de 266MHz). La tarjeta SEC del Pentium II está diseñada para encajar en la ranura 1 (aproximadamente del tamaño de una ranura ISA). Todas las placas base Slot1 tienen un mecanismo de montaje que consta de dos soportes de plástico. La tarjeta SEC se desliza en la ranura 1 entre dos soportes de plástico. Con la tarjeta SEC en su lugar, puede conectar el disipador de calor a su disipador de aluminio. El Pentium II de 266 MHz es sólo un poco más caliente que el Pentium Pro de 200 MHz (consume 38,2 vatios en comparación con 37,9 vatios), pero debido al mayor tamaño de la tarjeta SEC, el disipador de calor del Pentium II es casi el doble que los utilizados por Socket7. o procesadores Socket8.
Además del Pentium II de uso general, Intel también ha lanzado la serie de procesadores Xeon para servidores y estaciones de trabajo de alta gama, que utilizan tecnología de socket Slot 2, caché de nivel uno de 32 KB, caché de nivel dos de 512 KB y 1 MB. y buses duales independientes, bus de sistema de 100MHz, admite hasta 8 CPU.
Procesador Intel Pentium II Xeon
Para poder competir con el poderoso Pentium II, en 1998, AMD lanzó el procesador K6-2. Su voltaje central es de 2,2 voltios, por lo que la generación de calor es relativamente baja y el caché de primer nivel es de 64 KB. Más importante aún, para competir con el conjunto de instrucciones MMX de Intel, AMD también desarrolló su propio conjunto de instrucciones multimedia, llamado 3DNow. . ¡3DAhora! Es un conjunto de 21 nuevas instrucciones que pueden mejorar la potencia informática de gráficos tridimensionales, multimedia y aplicaciones de computadora personal con operaciones intensivas de punto flotante, permitiendo que el acelerador de gráficos tridimensionales aproveche al máximo su rendimiento. ¡Todos los modelos K6-2 tienen 3DNow incorporado! El conjunto de instrucciones permitió a los productos de AMD superar a Intel en rendimiento de números enteros y de punto flotante por primera vez en algunas aplicaciones de programas, lo que hizo que Intel sintiera la crisis. Sin embargo, en comparación con el Pentium II, el K6-2 todavía no tenía una caché L2 integrada, por lo que, a pesar de sus elogios de la crítica, no logró superar al Pentium II en cuota de mercado.
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