Microsoft Word - PROCESORUL.doc

Transcriere

1 PROCESORUL Procesorul este una dintre cele mai importante componente a unui calculator, fiind cel care stabileşte cine, ce şi când sa facă. Deoarece se pot obţine performanţe destul de bune şi cu un procesor care nu este vârf de gama, ne poate da falsa impresie că el nu are un rol foarte important. De exemplu, un împătimit al jocurilor va pune un accent mai mare pe placa video decât pe procesor. Totul depinde de destinaţia calculatorului, acest lucru însemnând că nu avem mereu nevoie de cel mai performant procesor. Vom întâlni des denumirea de CPU în cazul procesorului (Central Processing Unit ), sau UCP, aceasta fiind traducerea în limba română (Unitate Centrală de Prelucrare). SCURT ISTORIC Istoria modernã a procesoarelor desktop începe în 1993, odatã cu apariţia primului Pentium. Primul model disponibil rula la o frecvenţã de 60 MHz, avea 3,3 milioane de tranzistori şi era capabil de a efectua pânã la 100 de milioane de operaţii pe secundã (Million Instructions Per Second - MIPS). Odatã ce tehnologia folositã în primul Pentium a devenit depãşitã, pe piaţã a fost lansat Pentium II. Pornind de la 233 MHz, a fost construit pentru a ajunge la maximum 450 MHz. Aproximativ în acelaşi timp şi-a fãcut apariţia şi primul procesor Celeron. Acesta era identic cu Pentium II, cu singurele diferenţe cã avea un cache mai mic şi o frecvenţã scãzutã a FSB-ului. În timp ce Pentium II folosea FSB la 100 MHz, Celeronul putea lucra la doar 66 MHz. Nu dupã mult timp, Pentium III a venit sã înlocuiascã Pentium II, primul model rulând la 450 Mhz, ajungând mai târziu sã fie primul procesor care a depãşit bariera celor 1000 de MHz. Intel a continuat linia Celeron bazat pe nucleu PIII, însã cu caracteristici voit reduse. Cel mai popular processor Intel se numeşte Pentium 4, fiind principala armã Intel în lupta actualã pentru supremaţie. Primul nucleu de P4, cunoscut şi sub numele de Willamette, a fost folosit în procesoarele cu frecvenţe de lucru între 1,3 şi 2 GHz, folosind un FSB la 400 MHz. Cel de-al doilea nucleu, Northwood, a adus un cache crescut la 512 kb şi FSB la 533 MHz, apoi 800 MHz, alãturi de trecerea la tehnologia de 0,13 microni. Nucleul Prescott are 1 MB cache L2 şi FSB de 800 Mhz.Cel mai nou membru al familiei Pentium 4 ruleazã la 3,6 GHz şi are Hyper-Threading. Folositã iniţial de procesoarele Xeon, tehnologia Hyper-Threading permite unui procesor P4 sã fie vãzut de cãtre sistemul de operare şi aplicaţii ca o combinaţie de douã procesoare, dar performanţa nici nu se aproprie de cea a unui sistem cu două procesoare, deoarece procesoarele logice impart resursele cu cel real. Există aplicaţii adaptate pentru un system multiprocesor, care vor rula mai bine pe un sistem cu processor cu HT. Sporul de performanţă este de maxim 30, existând situaţii în care HT-ul încetineşte sistemul. Pentru HT aveţi nevoie de o placă de bază şi un sistem de operare optimizat pentru această tehnologie.. Vârful de gamă al lui INTEL este Pentium 4 3,4 GHz EE (nucleu Gallatin), cu 2MB cache L3 (lucru nou introdus), fiind alături de cel de 3,2 Ghz singurele care pot face concurenţă serioasă la performanţe procesoarelor Athlon64 FX. Chiar dacã AMD se aflã pe piaţã de o perioadã însemnatã de timp, popularitatea procesoarelor sale a cunoscut o creştere substanţialã abia dupã apariţia procesoarelor Athlon, în trecut mai fiind şi procesoarele K5,K6,K6-II şi K6 III. Astfel, cam în acelaşi moment în care Intel oferea Pentium III la 600 MHz, AMD lansa pe piaţã primul Athlon. Adevãrata competiţie între Intel şi AMD s a înteţit odatã cu apariţia procesoarelor din familia Duron. Ca şi Celeronul, Duron reprezenta soluţia pentru piaţa procesoarelor ieftine, fiind dotat cu mai puţin cache decât fratele mai mare Athlon (păstrând tradiţia, aceste procesoare aveau numele de cod K7). Rãspunsul AMD faţã de Pentium 4 s-a numit Athlon XP (extreme Performance). Procesoarele AMD Athlon XP au cunoscut şi ele o evoluţie, pornind de la utilizarea

2 tehnologiei în 0,18. Nucleul Palomino a fost utilizat pânã la frecvenţe de 1733 MHz (Athlon XP 2100+), dupã aceastã frecvenţã fiind introdus nucleul Thoroughbred în tehnologie de 0,13 microni. Începând cu procesoarele 2600+, frecvenţa de lucru a magistralei a fost crescutã la 333 MHz. Ultimul nucleu AMD XP, Barton, aduce câteva îmbunãtãţiri minimale nucleului XP Thoroughbred. Pornind de la 1,83 GHz, Barton foloseşte aceiaşi tehnologie pe 0,13 microni, dar duce nivelul memoriei cache la 512 kb. Diferenţa principalã faţã de clasicul Athlon constã în faptul cã linia XP nu mai foloseşte clasificarea convenţionalã, ci sistemul de rating prezentat mai jos. Apoi, AMD a venit cu o replică şi mai serioasă pe măsură ce frecvenţa, cache-ul şi FSB-ul lui P4 a crescut, numită Athlon64 (şi astfel seria procesoarelor K8). Acesta este singurul procesor din lume care poate lucra simultan şi cu instrucţiuni pe 64, dar şi cu instrucţiuni pe 32 de biţi (aveţi nevoie de un system de operare care sa suporte instrucţiuni pe 64 de biţi cum ar fi Windows XP 64 bit Edition). De asemenea, este şi singurul procesor x86 pe 64 de biţi. Acesta a avut iniţial FSB de 800 MHz şi 512KB cache L2 (nucleu Clawhammer), dar a ajuns acum la FSB de 1600 MHz şi 1 MB cache. Ultimele noutaţi sunt procesoarele Sempron, venite să înlocuiască Duron-ul, având FSB de 333 MHz şi 256KB cache L2, şi procesoarele Athlon64 FX, având aceleaşi caracteristici ca şi Athlon64, dar un nucleu mult mai performant, fiind ajutat şi de avantajele socket-ului 939, cu chipset-urile superioare oferite de nvidia în special pentru acest socket. Aceste procesoare au ajuns imediat după lansare în topul celor mai bune din lume. Procesoarele AMD au încorporată tehnologia 3DNow!, ajunsă la varianta Professional, care permite procesorului sa lucreze direct cu placa video şi chiar sa-i preia din sarcini, oferind performanţă superioară în aplicaţii 3D. O altă tehnologie importantă este Hypertransport, care permite un protocol de legătură între CPU şi periferice, şi între mai multe procesoare în cazul sistemelor multiprocesor. Lupta dintre giganţii procesoarelor nu a fost niciodată mai crâncenă. Lista cu toate procesoarele apărute de la INTEL şi AMD din 1978 şi până în 2001 o găsiţi alături de acest document. STRUCTURA PROCESORULUI (INTEL ŞI AMD) INTEL Pentium 4 Northwood AMD Athlon XP T-bred INTEL 1.Tehnologia Hyperpipelined. Având un pipeline în 20 de trepte, P4 lucrează foarte bine operaţiile secvenţiale, precum cele din domeniul multimedia. 2.Motorul de execuţie rapidă poate executa instrucţiunile într-o jumătate de ciclu de ceas, dublând efectiv frecvenţa nucleului şi reducând latenţa.

3 3.Magistrala de sistem de 533 MHz. Pipeline-ul mai rapid asigurat de Northwood permite o rată de transfer de 4,2 GB pe secundă. 4.Execution trace cache (cache de urmărire a execuţiei). Un sistem de caching eficient stochează micro-operaţiunile decodate în ordinea executării de către program, ceea ce duce la o utilizare mai eficace a memoriei cache, reducând totodată latenţa. 5.Advanced dinamic execution (execuţia dinamică avansată) procesează datele mai eficient alegând dintr-un număr de 126 de instrucţiuni aflate în buffer-ul de execuţie şi prezicând mai precis evoluţia programului. 6.Advanced transfer cache (cache de transfer avansat-în locul cache-ului de nivel 1 normal) optimizează transferul de date către nucleul procesorului. 7.Enhanced floating-point and multimedia unit (unitate îmbunătăţită pentru calculele în virgulă mobilă şi multimedia) accelerează sarcinile care solicită intensiv procesorul, cum ar fi codarea audio şi video, prelucrarea imaginilor şi streaming-ul video. Această unitate cuprinde extensiile MMX, SSE şi SSE2. 8.Hyperthreading. Adăugarea acestor buffere pentru cache şi a altor componente constituie nucleul tehnologiei hyperthreading a lui P4. AMD 1.Tehnologia superpipelined superscalar QuantiSpeed în zece trepte. Pipeline-ul mai scurt al Athlon-ului XP este mai adecvat pentru procesare unor operaţii disparate, precum cele caracteristice pentru aplicaţiile Microsoft Office, acolo unde datele mai ramificate provoacă împrospătarea mai deasă a pipeline-urilor mai lungi. Cu cât este mai scurt pipe-line-ul, cu atât performanţele sunt mai ridicate. 2.Advanced dynamic branch prediction. Cipurile din zilele noastre execută procesele într-o ordine incorectă. Predictorul ramificat ajută procesorul să vadă mai bine în viitor, evitând astfel efectuarea unor procese caracterizate de o mare probabilitate de a fi anulate şi eliminate, sporind astfel eficienţa. 3.Magistrala de sistem de 333 MHz. nucleul Thoroughbred B reprezintă un pas înainte faţă de predecesorii săi, având o rată de transfer cu memoria de 2,7 GB/s. Precedentul, la un FSB de 266 MHz, avea o rat[ de transfer de 2.1 GB/s. 4. Cache de nivel 1 şi 2. Thoroughbred B are un cache de nivel 1 de 128 k şi un cache de nivel 2 de 256 k. Barton prezintă un cache de nivel 2 de 512 k. 5.Unitatea de execuţie în virgulă mobilă. După ce Microsoft a oferit support şi pentru instrucţiunile 3D Now! Professional şi SSE, operaşiile multimedia sunt mai eficiente. Un procesor este format dintr-o multitudine de microcircuite integrate. Acestea sunt alcătuite la rândul lor din tranzistori, rezistori, condensatori şi diode. Toate aceste componente servesc la alcătuirea unor circuite care formează porţi logice (logic gates) care stau la baza principiului de funcţionare al procesorului. Având în vedere performanţa procesorului, s-a creat falsa impresie procesorul cu cel mai mare număr de megahertzi este şi cel mai performant. Acest lucru este greşit (un exemplu concret ar fi faptul ca cel mai performant procesor din lume de la ora actuală rulează la 2400 MHz, el fiind AMD Athlon64 FX 53, chiar dacă există şi procesoare care rulează la 3600 MHz, INTEL Pentium 4 Prescott), deoarece trebuie să ţinem cont de mai multe lucruri când vorbim de performanţă: -frecvenţă (care se măsoară in megahertzi sau gigahertzi) şi numărul de instrucţiuni pe ciclul de tact, care înmulţite între ele dau un prim factor de performanţă, astfel explicându-se cum un procesor de 1833 de MHz de la AMD (Athlon XP Barton 2500+) poate echivala cu unul de 2500 de Mhz de la INTEL (Pentium 4 Northwood 2,5 GHz)-deoarece Athlon XP realizează mai multe instrucţiuni pe ciclul de tact; -FSB (Front Side Bus), care cu cât este mai mare, cu atât este mai bine (s-a ajuns şi la valori de 1600 MHz ale FSB-ului, pe procesoarele Athlon64 de la AMD, iar cei de la INTEL vor lansa în curând

4 procesoare cu FSB de 1066 MHz), şi este recomandat ca frecvenţa FSB-ului să fie egală cu cea a RAMului pentru performanţe optime; -memoria cache, aceasta fiind o memorie tampon foarte rapidă ataşată procesorului (un fel de RAM al procesorului, făcându-l sa nu mai depindă de RAM-ul sistemului, ea servind la stocarea datelor utilizate frecvent de procesor, cu o importanţă deosebită în aplicaţiile care solicită la maxim procesorul). Există trei tipuri de memorie cache:level 1 (L1), Level 2 (L2) şi Level 3 (L3). Frecvenţa de funcţionare a unui procesor este dată de produsul dintre FSB şi factorul de multiplicare al acestuia (multiplier). De exemplu, frecvenţa unui procesor de 1400 de MHz rezultă din frecvenţa magistralei principale de date (FSB) de 133 MHz (ea în realitate fiind 266 Mhz, deoarece este de tip DDR <Double data rate>), inmulţită cu un factor de multiplicare de 10,5x. Să nu uităm de modelul (Ex: Athlon XP, Pentium 4) şi nucleul (Ex: Barton pentru Athlon XP, Prescott pentru Pentium 4) procesorului când vorbim de performanţă (de exemplu, dacă ar exista un Pentium 1 la 5 GHz, acesta ar fi inferior multor procesoare de ultimă generaţie care ar rula şi la viteze de 3 ori mai mici, poate şi mai mult ). Modelul şi nucleul desemnează arhitectura procesorului. Pentru a scoate puterea maximă de calcul din procesorul de care dispunem, trebuie să avem o configuraţie echilibrată (de exemplu, degeaba punem un procesor de 3 GHz pe un sistem cu 128 MB de RAM, pentru că va rezulta o creştere de performanţă de doar câteva procente faţă de un procesor de 1,5 GHz ). Un procesor poate fi construit într-un anumit proces tehnologic. In prezent, AMD şi INTEL comercializează doar procesoare construite în procesele tehnologice de 0,13 şi 0,09 microni. Cu cât mărimea tranzistorilor (cele mai importante componente ale procesorului) este mai mica, cu atât se pot îngloba mai mulţi tranzistori pe pastila procesorului, astfel fiind posibilă creşterea performanţei procesorului. De exemplu, un procesor Pentium 4 Prescott la 3,4 Ghz este construit in procesul tehologic de 0,09 microni şi are 125 de milioane de tranzistori, pe când un AMD Sempron este construit in procesul tehologic de 0,13 microni şi are 37,5 milioane de tranzistori. Procesoarele sunt construite pe baza siliciului, iar în curând mărimea tranzistorilor se va apropia de distanţa dintre atomii de siliciu şi va trebui să se treacă la un alt material semiconductor, care va trebui inventat, deoarece siliciul este cel mai bun momentan disponibil. INTEL deja a investit sume importante de bani pentru dezvoltarea unui nou material semiconductor mai bun ca siliciul. In funcţie de procesorul ales, pentru a fi compatibil cu placa de bază, trebuie să cumpărăm o placa de bază cu socket-ul folosit de procesor. Socket-ul reprezintă porţiunea de pe placa de bază în care se înfige procesorul. Un anumit tip de procesor foloseşte un anumit număr de pini, care fac legătura dintre procesor şi placa de bază, dând şi numele socket-ului (Ex: Socket-ul 478 are 478 de găuri în care se vor înfige cei 478 de pini de pe procesor). Astfel, alegerea unei placi de bază incompatibile ne va pune în situatia în care nu avem unde să montăm procesorul pentru că el nu încape în Socket. INTEL a înlocuit de curând socket-ul cu LGA (land grid array), mai precis LGA 775. Acest lucru se referă la faptul că pinii nu mai sunt pe procesor, ci pe placa de bază, în acelaşi timp ei fiind şi şerpuiţi, procesoarele având doar contacte. Serpuirea pinilor este un dezavantaj deoarece, conform celor de la INTEL, procesorul poate fi înlocuit de maxim 20 de ori până să avem probleme cu pinii. Referindu-ne la temperature procesoarelor, putem spune ca fiecare procesor are o temperatură maximă pe care o suportă (unele procesoare, cum ar fi Athlon XP, conţin un sensor de temperatură încorporat care le face să se oprească la atingerea temperaturii maxime de 90 de grade în cazul acestui model), şi că este bine să avem un cooler cât mai puternic pe procesor, deoarece cu cât stă mai rece, cu atât durata sa de viaţă este mai mare. AMD foloseşte de ceva timp, mai exact de la lansarea procesorului Athlon XP, un sistem de rating. Astfel, conform AMD, un procesor Athlon XP (care rulează la 1.83 GHz) este cel puţin egal cu un Pentium 4 de 2,5 Ghz. Acest lucru a fost benefic pentru cei de la AMD, deoarece a reuşit să dezvăluie cumpărătorilor adevărata performanţă a procesoarelor sale.

5 De curând, INTEL a lansat de asemenea un sistem de rating. INTEL foloseşte notaţia 3xx pentru procesoarele desktop low-end, 5xx pentru procesoarele desktop de vârf şi medii şi 7xx pentru vârfurile de performanţă: Pentium 4 EE (Extreme Edition) şi Pentium M Dothan (pentru platformele mobile). Se pare că următoarele procesoare de la AMD şi INTEL vor fi dual-core (cu nucleu dublu), permiţând obţinerea unor performanţe deosebite. AMD a anunţat lansarea unor astfel de procesoare în aproximativ un an, iar se pare că şi INTEL va lansa după scurt timp. Dacă ţinem cont că Pentium 4 Prescott a apărut cu o întârziere de un an, se pare că vom mai avea de aşteptat. Overclocking-ul înseamnă forţarea procesorului să ruleze la frecvenţe mai ridicate, dar cu un grad mai mare de risc de deteriorare irecuperabilă. Pentru overclocking aveţi nevoie de o placă de bază şi un chipset pe măsură (dar şi un cooler bun, deoarece procesorul se va încălzi mai mult). Până de curând, majoritatea modificau multiplicatorul procesorului pentru overclocking, dar AMD şi INTEL au decis blocarea acestuia pe noile procesoare, astfel că acum se măreşte valoarea FSB-ului. De asemenea, mai trebuie mărit şi voltajul procesorului, dar Atenţie!-aici se poate deteriora cel mai uşor procesorul. Procesoarele pot veni BOX, adică într-o cutie însoţit de un cooler agreat de producător, sau tray, după cum îi spune şi denumirea-la tavă (tray=tavă), adică mai multe laolaltă, fără cooler. Cei mai mari producători de procesoare, AMD şi INTEL au oferta împărţită pe trei sectoare: 1. Procesoare HIGH-END (cele mai puternice)-pentru cei care doresc performanţă maximă în toate aplicaţiile (în special editare 3D profesională) şi care doresc să joace jocurile de ultimă generaţie la maxim, dar care nu se uită la bani. Aici sunt incluse procesoarele Athlon64 FX (socket 939 şi 940) de la AMD şi Pentium 4 EE (socket 478 şi LGA 775). 2. Procesoare MID-RANGE (medii)-pentru cei care folosesc calculatorul pentru jocuri de ultimă generaţie şi pentru aplicaţii comune (Internet, editare audio-video etc.). Aici sunt incluse procesoarele Athlon XP (socket 462 sau A), Athlon64 (socket 754) şi Pentium 4 (socket 478 şi LGA 775). 3. Procesoare LOW-END (performanţe destul de scăzute şi mai ieftine)-pentru cei care folosesc calculatorul în special pentru aplicaţii mai puţin intensive, dar şi pentru jocuri de ultimă generaţie, cu sacrificii la setările de calitate. Aici sunt incluse procesoarele Duron (socket 462 sau A), Sempron (socket 462 sau A şi socket 754) de la AMD şi Celeron (socket 478 şi LGA 775) de la INTEL. În pofida recesiunii economice şi a mult trâmbiţatei stagnãri din sectorul high-tech, piaţa procesoarelor rãmâne o industrie cu o cifra de afaceri de ordinul miliardelor de dolari. Principalii competitori sunt AMD şi INTEL, darn u sunt singurii. IBM şi Motorola, producãtorii cipurilor PowerPC, îşi pãstreazã viabilitatea pe aceastã piaţã datoritã capacitãţii celor de la Apple Computer de a-şi menţine o audienţã loialã. Doi participanþi minori în acest joc sunt Transmeta (Crusoe), care a avut de asemenea probleme financiare dar continuã sã concureze pe piaţa computerelor portabile ultrauşoare şi a mininotebook-urilor, şi VIA Technologies (C3 şi Centaur), care îşi croieşte drum pe piaţa desktopurilor ieftine din Statele Unite. INSTALAREA PROCESORULUI Pas 1. Localizaţi socket-ul pe placa de bază şi ridicaţi mica manivelă aflată în lateral.

6 Pas 2. În funcţie de procesor, dispunerea pinilor dezvăluie şi poziţia în care acesta trebuie introdus. Introduceţi cu grijă procesorul în socket. Nu există decât o singură poziţie în care poate fi introdus, aşa că dacă vedeţi că nu intră uşor, nu împingeţi pentru că îl puteţi deteriora, încercaţi să-i schimbaţi poziţia. Pas 3. Coborâţi manivela pentru a-i fixa poziţia;. Pas 4. Daţi cu pastă termoconductoare pe pastila procesorului şi fixaţi cooler-ul pe socket (cu radiatorul în jos) şi nu uitaţi să conectaţi cooler-ul la placa de bază pentru a fi alimentat. Pentru a găsi locul în care trebuie conectat, consultaţi manualul plăcii de bază (căutând pe diagrama plăcii CPU Fan Connector).

7 DICŢIONAR Arhitecturã: structura internã a procesorului, care determinã viteza şi eficienţa cu care procesorul executã instrucţiunile. Chipset: Element de hardware care conţine circuitistica esenţiale ce furnizeazã interfeţele pentru subsistemele unui PC. Acesta controleazã CPU, memoria principalã, magistrala PCI, subsistemul IDE, magistrala pentru Accelerated Graphics Port (AGP), circuitele I/O (input/output) sistemului şi altele. Nucleu: Motorul de prelucrare a instrucţiunilor, excluzând orice memorie cache. Matriţã (Die): Pãtratul de siliciu al procesorului, pe care sunt gravaţi milioane de tranzistori. Magistrala frontalã (Front-side bus - FSB): Porţiunea din interfaţa externã a CPU-ului care se conecteazã la chipset. Pipeline: Calea pe care procesorul executã instrucţiunile. Instrucţiuni multiple se pot afla simultan în pipeline, fiecare dintre ele aflându-se în stadii diferite. Procesor: Cunoscut şi sub denumirea de CPU, este cipul care joacã rolul de creier al computerului, executând instrucţiunile de program pentru sistemul de operare şi toate celelalte aplicaţii. x86: Tehnologia folositã în majoritatea procesoarelor Intel pe 32 biţi, având la origine arhitectura datã de setul de instrucţiuni Cipul Itanium de la Intel, având o arhitecturã pe 64 biţi, reprezintã o îndepãrtare radicalã faţã de x86. În numărul următor urmează prezentarea plăcii de bază. Daniel Petcu