Diferencia entre revisiones de «Processador»
(→IBM PC) |
|||
| Línea 291: | Línea 291: | ||
** Més instruccions. | ** Més instruccions. | ||
** Menys consum elèctric quant està a l'espera i mès quant està funcionant a tota potència. | ** Menys consum elèctric quant està a l'espera i mès quant està funcionant a tota potència. | ||
=== Atom, Intel (2008) === | |||
Atom és el nom comercial del processadors de biaix consum per a dispossitus menuts i portàtils. | |||
Van soldats a la placa base i no es poden canviar. Tampoc es poden comprar per separat. | |||
No tots els Atom poden executar codi de 64 bits. Els que poden, necessiten suport per la BIOS. Per tant, depen de la placa base. El suport per a Windows de 64 bits no està totalment aconseguit. | |||
En quant al rendiment, El de un sol nucli són pareguts a la meitat que un Pentium M de la mateixa freqüència. Però com que poden tindre 2, 4, 6, inclús 8 nuclis, el rendiment pot ser major per el paral·lelisme, i amb un consum elèctric menor. | |||
=== Processadors Intel per a PC (2014) === | |||
És complicat concretar el catáleg de processadors en un any concret. Molts no són mencionats en la web oficial de Intel, però estan en els catàlegs de moltes tendes. Alguns processadors de gama baixa tenen classificacions confuses per part dels assembladors. Però anem a fer un repás dels més importants: | |||
== Socket == | == Socket == | ||
Revisión del 15:10 8 jul 2014
Característiques
Velocitat
Caché
Bus de dades i direccions
Microprocessadors de PC
Els microprocessadors de PC són CPUs molt complexes ja que tenen que funcionar bé en una gran varietat de funcionalitats. Actualment són molt potents i consumeixen poca potència.
L'estàndard sobre el que s'han construït tots aquests anys és el joc d'instruccions x86, del processador 8086 i 8088.
Prehistòria
Abans de parlar els processadors en el PC tal com el coneguem, cal mencionar els precursors.
4004 Intel (1971)
Aquenst va ser el primer microprocessador integrat de la història. Fins a aquests moments, el circuits integrats existien, però per a fer un processador calia muntar molts d'ells en una placa.
El Intel 4004 va ser un encarreg per a fer calculadores. El client, Busicom, volia el de sempre, però Federico Faggin, un empleat de Intel, va pensar que seria millor fer un únic circuit integrat multipropòsit. Va ser un èxit quant altres fabricants va poder aprofitar-lo per a màquines molt distintes.
El 4004 era poc potent, sols tenia 4 bits de bus de dades i podia direccionar fins a 640 bytes de memòria. La seua velocitat inicial era de 108KHz i va arribar a 740KHz.
8008 Intel (1972)
El 8008 ja tenia 8 bits de transferència i podia direccionar fins a 16KB. LA seua velocitat inicial eren 200KHz. Era un processador per a calculadores i terminals. Era un poc més lent que el 4004, però al poder accedir a més memòria i manipular 8 bits feia que fora molt més ràpid.
Les instruccions del 8008 van formar part de l'estàndar x86.
8080 Intel (1974)
2MHz, 8bits, 64KB de RAM. Va se considerat el primer microprocessador realment utilitzable. Molts fabricants van produir 8080, entre ells, AMD.
Tenía un encapsulat més gran i, pre tant, podia tindre un bus de 16 bits per a direccions de memòria i un de 8 per a les dades. Comptava amb 7 registres de 8 bits, 6 dels quals es podien combinar en per fer registres de 16 bits. Els altres registres eren un punter de pila de 16 bits i un comptador de programa de 16 bits.
Tenia 256 ports de E/S. No utilitzava el mapeig de memòria, com es fa actualment. Alliberava memòria, però requeria instruccions especials de E/S.
Z80 Zilog (1975)
Es tracta d'una versió millorada del 8080. Més capaç i més ràpid que el Intel, va aconseguir un gran èxit en els primers microcomputadors.
Es tracta d'un dels processadors amb més èxit de la història. S'han fet moltes versions posteriors i encara s'utilitza en molts dispositius. Moltes de les consoles dels 90 el tenien instal·lat. Ha arribat a tindre 3.8MHz.
8085 Intel (1977)
Compatible amb el 8080, aquest necessitava menys suport de hardware per a funcionar. No va tindre molta popularitat perquè va ser superat per el Z80.
MOS 6502 MOS Technology (1976)
Era la CPU més barata de l'època. Tenia un preu de uns 25$ front als 179$ del 8080. Amés, era més ràpid que ells. Va ser un processador molt popular per ser utilitzat en els Apple II, Atari 2600, Nintendo NES i en el Commodore.
La seua velocitat inicial era de 1MHz, un poc més lent que els competidors. Però realment anava més ràpid, ja que era un processador pipelined o segmentat. Això vol dir que anava fent varies instruccions al mateix temps al dividir les seues fases. Els competidors eren CISC microprogramats que utilitzaven més cicles per instrucció. Els processadors no tenien multiplicador, per tant, tota la circuiteria anava a la velocitat de la CPU. El 6502 era més lent en MHz i, per tant, necessitava una circuiteria més lenta i més barata.
Era un processador amb molt pocs registres. La memòria RAM era més ràpida que el processador. Per tant, la utilitzava per als registres.
8086 Intel (1978)
El van fer compatible amb els 8008 i 8080. Però el joc d'instruccions va ser ampliat i millorat considerablement. Un de les millores més importants va ser el suport complet al processament amb 16 bits.
La herència del 8086 és el joc d'instruccions bàsic. De fet el 286, 386, 486 i posteriors són compatibles amb ell.
El processador 8086 tenía 20 bits de direcció i podia direccionar fins 1MB. La seua velocitat era de 5MHz a 10MHz. No tenia instruccions de coma flotant. Per tant, necessitava d'un coprocesador matemàtic, en aquest cas el 8087.
Era un processador molt potent però molt car i no va tindre gran èxit comercial.
8088 Intel (1979)
Era una versió retallada del 8086 i més barat. Aquest tenia el bus de dades de 8 bits.
És el processador utilitzat per IBM per al seu primer PC.
IBM PC
Els primer IBM PC va eixir amb el processador 8088 de Intel. Aquest tenía fins 1MB de memòria, 640KB per aplicacions i 384 per al sistema operatiu. En Aquest cas el PC DOS.
Anem a repasar els processadors posteriors per a PC:
80186 i 80188, Intel (1982)
Es tracta de versions millorades del 8086 i 8088.
Integraven DMA, tenien un controlador de interrupcions, i més instruccions. Va arrivar a tindre 6MHz.
Les millores anaven dirigides a reduir la necessitat de circuit externs al processador.
No va ser molt utilitzat en PC, però es va integrar com a processadors empotrats.
80286, Intel (1982)
El 80286 es caracteritza per el seu funcionament en mode real o protegit. Al entrar en mode protegit (si el SO es capaç) permet multiprocés i protecció de memòria, amés de memòria virtual. Quant el processador està en mode protegit, no deixa als programes executar instruccions del mode real.
El bus de dades és de 16 bits i el de direccions de 24 bits. D'aquesta manera es poden direccionar fins a 16MB de RAM.
Amplia el joc d'instruccions del 8086 en 25 més. Té 8 modes de direccionament i en mode virtual pot accedir fins 1GB. Va arribar a tindre de 6MHz a 25MHz.
La quantitat de cicles per instrucció va ser millorada. Es necessiten 4,5 de mitja i la instrucció més llarga té 29 cicles (206 la més llarga del 8086).
Va ser el processador del IBM Personal Computer/AT en 1984.
Un dels problemes més importants és que no podia passar de mode protegit a real sense un reinici. Es van fer instruccions de BIOS per a provocar un reinici sols del processador. Però el rendiment baixava molt. Aquest problema va provocar crítiques de Microsoft, ja que era impossible córrer varies aplicacions en Windows sobre MS/DOS.
80386, Intel (1985)
El 386 va ser el primer de 32 bits. Tenia un bus de 32 bits per a dades i el bus de direccions també era de 32bits. Per tant, era teòricament capaç de direccionar fins 4GB de RAM.
Comptava amb 3 modes de funcionament:
- Mode Real compatible amb 8086
- Mode protegit fins a 4GB.
- Mode virtual 8086. Que permet varis programes 8086 en mode real en un entorn protegit.
A diferència del 286, aquest podia fer el canvi de mode sense reiniciar.
La seua velocitat va ser de 12 a 40 MHz.
Millorava la MMU per a permetre una millor gestió de de les pàgines i permetia fer sistemes operatius amb memòria virtual.
Els canvis en el joc d'instruccions des del 386 han sigut mínims i és molt fàcil adaptar un programa més modern per a funcionar en aquests processadors. Per això, el joc d'instruccions es considera un estàndard, el IA-32. Va eixir una variant, el 386SX amb 16 bits de bus que el fa més lent i més barat.
Van eixir varis processadors compatibles d'altres marques. Entre ells el AMD386, pràcticament un clon més barat i més ràpid.
80486, Intel (1989)
El 486 junta en un sol xip el 386 i el coprocessador matemàtic 80387, amés d'una memòria caché de 8KB.
El 486 executa les instruccions en mode ràfega o pipeline. Per això baixa 2 cicles per instrucció. El 486 a la mateixa velocitat, té un rendiment de més del doble que el 386.
La seua velocitat va anar de 16 a 100MHz.
Introdueix també la multiplicació de la freqüència de la placa. Per tal de no tindre que fer plaques mès ràpides, el que fa es fer que el processador tinga una velocitat muĺtiplo de la de la placa. Aquest va més ràpid però continuen sincronitzades. En el cas del 486, se duplicava o triplicava la velocitat del bus.
La variant DX2 duplicava la freqüència del sistema i tenia 32KB de caché L1.
S'han fabricat processadors 486 fins el 2007.
Pentium, Intel (1993)
La novetat principal del Pentium és la microarquitectura P5 amb funcionament superescalar. Això vol dir que pot anar executant varies instruccions a la vegada. No es tracta de varis nuclis complets, però pot tindre unitats funcionals duplicades. No és el mateix que el pipeline, però normalment van junts. De fet, el Pentium té dos pipelines de sencers i una unitat de coma flotant més potent. Amés, dos nivells de caché. La L1 amb 8KB per a codi i 8KB per a dades i la L2 de 512KB
Amb velocitats de bus de 50MHz a 66MHz, la velocitat del Pentium multiplicava aquestes arribant a ser de 60MHz a 300MHz.
La primera generació dels Pentium eren massa grans i consumien molt. La segona generació va millorar açò en 1994. Aquesta segona generació tenia un voltatge de 3.3v.
Pentium-MMX, Intel (1997)
La velocitat del MMX arribava a ser de 233MHz. Però la veritable millora era la introducció del joc d'instruccions MMX. Aquest joc d'instruccions estaven preparades per a millorar els càlculs en aplicacions multimèdia per a la descodificació del àudio i vídeo o els jocs. Amés, duplicava fins els 32KB la caché L1.
Sexta generació
La sexta generació de Intel, P6 o i686 va ser introduïda per el Pentium Pro en 1995. Es tracta de l'arquitectura de referència fins el Pentium III i Pentium M i més endavant per als Intel Core.
Les característiques d'aquesta generació són:
- Execució dinàmica: És el nom que Intel posa a l'execució especulativa i execució fora d'ordre.
- Execució especulativa: Tècnica d'optimització en la que el processador realitza alguna tasca que pot no ser realment necessària. La idea principal és fer la feina abans que se sàpiga si serà necessària, a fi d'evitar un retard que hauria de ser efectuats per fer la feina després que se sàpiga si cal. Si resulta que la feina no era necessària després de tot, els canvis realitzats pel treball es reverteixen i els resultats temporals emmagatzemats s'ignoren. Per encertar el que fa és una predicció de salt múltiple.
- Execució fora d'ordre: (OoOE o Ooe) En aquest paradigma, un processador executa les instruccions en un ordre governat per la disponibilitat de dades d'entrada, en lloc de per la seva ordre original en un programa. D'aquesta manera, el processador pot evitar estar inactiu mentre es recuperen les dades per a la següent instrucció en un programa.
- Millora el pipeline. En Pentium tenia 5 fases i passa a tindre fins a 14 en Pentium III.
- Dual Independent Bus: Un bus per al sistema i un altre per a la caché.
- Front-side bus: Per a connectar amb la memòria i xip-set.
- Back-side bus: Per a la Caché L2.
- Millora de l'arquitectura superescalar.
- Microinstruccions: El processador per dins és com un RISC i per fora les instruccions són com un CISC. Aquestes microinstruccions poden ser ordenades i executades paral·lelament per aconseguir les millores mencionades anteriorment.
Pentium Pro, Intel (1995)
El primer microprocessador de la sexta generació. La intenció era que reemplaçara al Pentium i el Pentium-MMX. Però va quedar relegat a PCs de alta gama, servidors i supercomputadors. Va ser un precursor de la gama Intel Xeon.
Pentium II, Intel (1997)
Al igual que el Pro, el Pentium II era de l'arquitectura P6. En quasi tot menys en la Caché L2 era millor que el Pentium Pro. Aquest si va tindre un éxit comercial.
En quant a les característiques:
- De 233 a 450MHz.
- FSB de 66 a 100MHz.
- Instruccions IA-32, MMX.
- Caché L2 separada del processador amb el back-side bus i amb la meitat de velocitat que el processador. (El Pentium Pro la tenia dins i era de la mateixa velocitat)
El Pentium II va tindre dos branques:
- Celeron: Per als equips de gama baixa. Aquest tenia menys o res de caché L2.
- Xeon: Per als servidors. Amb fins a 2048KB de L2, diferent socket i suport multiprocés simètric, és a dir per a estar en ordinadors amb més d'un processador.
Ficar la caché L2 fora del microprocessador i empaquetar-lo en un slot el van fer més barat que el Pro. Les instruccions MMX i la retrocompatibilitat amb millores en les instruccions de 16 bits orientaven al Pentium II al mercat domèstic on va tindre moltes vendes.
Pentium III, Intel (1999)
En realitat no va ser una gran evolució front al Pentium II. Sols van afegir el joc d'instruccions SSE amb més instruccions multimèdia i de coma flotant.
Va integrar la caché L2. La velocitat era de 400MHz a 1GHz amb velocitats de FSB de 100 a 133MHz.
De manera similar al PII, va tindre una versió Celeron i una Xeon.
Pentium IV, Intel (2000)
El Pentium IV implementava la séptima generació de microarquitectures de Intel. Anomenada NetBurst, aquesta arquitectura anava a succeir a la P6 per les nombroses millores tecnològiques. No obstant, el preu i el consum elèctric van fer reprendre la P6 per als processadors posteriors.
NetBurst proporcionava:
- FSB de 800MHz per a una transferència de 6,2GB/s amb memòries DDR2.
- Hiper Pipeline amb 20 passos. Encara que incrementa els errors de predicció, permet tindre instruccions més curtes i augmentar la velocitat del cicle de rellotge. Amés, Intel va millorar la fiabilitat de les prediccions un 33% front al PIII.
- Rapid Execution Engine: Dos ALUs que anaven al doble de velocitat que el rellotge. De 3.8GHZ a 7.6GHZ internament.
- Hyperthreading: Gràcies a l'arquitectura superescalar, el processador simula tindre 2 nuclis en un sol nucli. El SO pot planificar en eixos dos nuclis i millora la multiprogramació i l'aprofitament del processador.
NetBurst no va poder passar del 3.8GHz sense consumir massa electricitat. Amés, era complicat de escalar en funcionalitats sense consumir més llum. Els primers PIV en codis no optimitzats eren més lents que el PIII a mateixa freqüència de rellotge.
El Pentium VI va estar en el mercat des de 2000 fins 2008 i tenia de 1,3GHz a 3,8GHZ. Va incorporar jocs d'instruccions nous com el SS2 i SS3.
La versió Prescott en 2004 va millorar el rendiment considerablement. Alguns van incorporar la computació en 64 bits adaptant les instruccions dels AMD64.
Els Pentium D van ser PIV amb 2 nuclis.
Pentium M, Intel
Donat que els Pentium IV consumien molta electricitat per al rendiment, per a portatils es va fer el Pentium M basat en la microarquitectura P6 del PIII incorporant SSE2, les millores en el FSB i la predicció del PIV.
Pentium M no tenia tanta freqüència de rellotge, però ho compensava amb més caché L2 però de menor consum elèctric. El consum elèctric de la L2 i del processador es regulava segons la demanda per no gastar tant quant no era necessari.
En principi va ser sols per a portatils, però alguns fabricants van fer plaques base compatibles.
Intel Core
Es tracta de la familia de processadors de Intel actual per a portatils i PC.
Està basat en el Pentium M que és microarquitectura P6.
Els seus processadors són: Intel Core i7, Intel Core i5, Intel Core i3, Intel Core 2 Solo, Intel Core 2 Duo, Intel Core 2 Quad, Intel Core 2 Extreme lines.
Els Core Solo i Core Duo tenen arquitectura yohan. Són millores del Pentium M. El que fan és incorporar SSE3, més velocitat de FSB, 2MB de Caché L2 i pipelines de 12 passos. Amés, els Core Duo tenen 2 nuclis amb la L2 compartida.
Els Core Duo i Solo són el primers processadors del canvi de Apple a processadors Intel en el MacBook Pro i el Mac Mini.
Els Intel Core 2 Solo, Core 2 Duo i Core 2 Quad són la evolució en 64 bits del Core. Aquests suporten Intel 64 o x86-64, un joc d'instruccions adaptat dels AMD64. Els Core 2 tenen molt poc de consum, treballen a 64 bits i tenen 6MB de Caché L2.
Els Core 2 Duo tenen versions Celeron o Dual Core amb funcionalitats deshabilitades i més barats.
El Xeon 32xx y 33xx són molt pareguts als Core 2 Quad.
Les versions Core 2 Extreme estaven pensats per a l'overcloking.
Core iX
A partir de 2008 va aparèixer un altra manera de classificar alguns processadors Intel Core.
La nomenclatura no indica res técnic:
- i3 per a baix rendiment
- i5 per a mig rendiment
- i7 per a alt rendiment
Aquests processadors tenen un altra manera de anomenar al FSB. Ara li diuen QPI.
En la majoria dels casos tenen integrat el Northbridge, inclosa la GPU en el mateix processador. Les plaques base que els suporten no tenen un xip per al Northbridge.
Tenen 256 KB de Caché L2 per nucli i fins a 12MB de L3.
Dins d'aquesta nomeclatura han anat millorant l'arquitectura. Aqueste són les generacions dels iX:
- Nehalem (2007):
- Succesor directe del Intel Core.
- Fabricació a 45nm.
- Reintrodueix el Hyper-Treading.
- Redueix la caché L2 a 256KB ampliant la L3, compartida per tots els nuclis. La L1 queda a 64KB.
- Millora la predicció de ramificacions.
- QPI en els models més potents sense GPU. DMI en els que tenen GPU.
- PCI-E, controladors de memòria i DMI per eliminar els Northbridge en models intermedis.
- Segona generació del Intel Virtualization Technology.
- SSE4.2
- Sandy Bridge (2009):
- 32 nm.
- La caché L3 compartida conté el controlador gràfic en els models de socket 1155.
- Millores en operacions matemàtiques i de xifrat.
- Fins a 8 nuclis físics o 16 lògics amb Hyper-threading.
- Integració total dins del mateix integrat del controlador gràfic.
- de 14 a 19 passos per al pipeline.
- Ivy Bridge (2011):
- 22nm.
- 50% meny de consum elèctric.
- Suport per a PCI-E 3.0
- Més velocitat de transferència en RAM.
- Millora considerable en la GPU i suport del 4K.
- Haswell:
- Xipset Intel 8 i 9.
- Suport per a DDR4 en alguns.
- Versió per a dispositius mòbils.
- Més instruccions.
- Menys consum elèctric quant està a l'espera i mès quant està funcionant a tota potència.
Atom, Intel (2008)
Atom és el nom comercial del processadors de biaix consum per a dispossitus menuts i portàtils.
Van soldats a la placa base i no es poden canviar. Tampoc es poden comprar per separat.
No tots els Atom poden executar codi de 64 bits. Els que poden, necessiten suport per la BIOS. Per tant, depen de la placa base. El suport per a Windows de 64 bits no està totalment aconseguit.
En quant al rendiment, El de un sol nucli són pareguts a la meitat que un Pentium M de la mateixa freqüència. Però com que poden tindre 2, 4, 6, inclús 8 nuclis, el rendiment pot ser major per el paral·lelisme, i amb un consum elèctric menor.
Processadors Intel per a PC (2014)
És complicat concretar el catáleg de processadors en un any concret. Molts no són mencionats en la web oficial de Intel, però estan en els catàlegs de moltes tendes. Alguns processadors de gama baixa tenen classificacions confuses per part dels assembladors. Però anem a fer un repás dels més importants: