Основные характеристики микропроцессоров

⇐ ПредыдущаяСтр 23 из 24Следующая ⇒

Производитель - марка процессора, модель. Главные производители процессоров для ПК - две конкурирующие компании: AMD и Intel. Их продукция не совместима, то есть один тип процессора нельзя установить в материнскую плату, предназначенную для процессора другого производителя. Для процессоров каждого производителя приобретаются соответствующие материнки.

Тип разъема - сокет. Среди процессоров каждого производителя существуют классы процессоров, которые можно объединить по типу сокета, - они имеют одинаковые разъемы и могут устанавливаться в одну и ту же плату, если она поддерживает конкретную модель.

Поэтому, если вы планируете менять процессор, вам нужно подобрать для своей МП ЦПУ с подходящим типом разъема - сокетом. Например, если у вас на МП Socket-775, процессор нужно приобретать только с Socket-775.

Разрядность процессора. Если тактовую частоту процессора можно уподобить скорости течения воды в реке, то разрядность процессора - ширине ее русла. Понятно, что процессор со вдвое большей разрядностью может «заглотнуть» вдвое больше данных в единицу времени - в том случае, конечно, если это позволяет сделать специально оптимизированное программное обеспечение. Сегодня подавляющее большинство «домашних» процессоров - 32-разрядные (32-битные). И это, к сожалению, явный анахронизм: большинство из входящих в состав компьютера устройств, в том числе и шина, обладают разрядностью 64 и 128 бит!

Тактовая частота процессора. Производительность ЦПУ определяется тактовой частотой, задаваемой в мегагерцах (МГц), либо в гигагерцах (ГГц). Ориентироваться по тактовой частоте нужно внутри серии однотипных процессоров. Процессор с большей тактовой частотой может быть менее производительным по сравнению с процессором с меньшей частотой, но с большим кэшем и тактовой частотой системной шины. Процессоры Intel и AMD, работая на разных частотах, могут показывать одинаковую производительность. Чипы AMD работают на меньших частотах, но за один такт они выполняют больший объем работы.

У процессоров AMD в обозначении цифра указывает не тактовую частоту, а номер модели. Например, у процессора AMD Athlon 64 3200+ реальная тактовая частота не 3200 Гц, а 2000 Гц. Подразумевается, что в целом производительность AMD Athlon 64 3200+ примерно такая же, как и у процессора Intel с частотой 3200 Гц.

Частота системной шины. FSB (Front side bus) - системная шина обеспечивает передачу данных между процессором и чипсетом. Максимальный объем данных, который передается за единицу времени, определяется частотой системной шины. Исходя из частоты FSB и коэффициента умножения определяется частота, на которой работает центральный процессор. Современные процессоры имеют заблокированный коэффициент умножения.

Объем кэш-памяти процессора. Различают кэши 1-, 2- и 3-го уровней. Кэш 1-го уровня имеет наименьшую латентность (время доступа), но малый размер, кроме того, кэши первого уровня часто делаются многопортовыми. Так, процессоры AMD К8 умели производить 64 бит запись плюс 64 бит чтение либо два 64 бит чтения за такт, процессоры Intel Core могут производить 128 бит запись и 128 бит чтение за такт. Кэш 2-го уровня обычно имеет значительно большие латентности доступа, но его можно сделать существенно больше по размеру. Кэш 3-го уровня самый большой по объёму и довольно медленный, но всё же он гораздо быстрее, чем оперативная память.

В ЦПУ используется два уровня кэш-памяти - дополнительной быстродействующей памяти: кэш первого уровня и кэш второго уровня. Это позволяет повысить производительность ПК благодаря буферу данных между процессором и более медленной основной памятью. В кэш-памяти хранятся копии блоков информации из оперативной памяти, вероятность обращения к которым в ближайшее время велика.

Кэш первого уровня (L1) зависит от архитектуры ЦПУ и имеет меньшее время доступа и меньший размер, и он одинаковый у процессоров с одним и тем же ядром. Кэш второго уровня (L2) у ЦПУ с одним и тем же ядром может отличаться - разные модели могут иметь разный объем кэш-памяти второго уровня.

У процессоров Intel увеличение кэша второго уровня повышает производительность. У AMD внутренний контроллер памяти в определенной мере снижает преимущества увеличения кэша второго уровня.

Производительность при обработке приложений с меньшим объемом данных растет заметнее при повышения кэша второго уровня в сравнении с приростом производительности при обработке приложений с большим объемом данных.

Технология производства ЦПУ. Техпроцесс выражается в нанометрах - нм. Это показатель размера наименьшего отдельного элемента, размещаемого на кристалле ЦПУ. Технологический размер постоянно стремятся уменьшить, так как процессор при этом работает быстрее; используя меньшее напряжение питания, он потребляет меньше мощности и обладает меньшим теплоизлучением.

Поддержка 64-разрядных вычислений. Поддержка 64 разрядных вычислений появилась в 2004 году - с созданием процессоров AMD Athlon 64, совместимых с 32-разрядными приложениями и выполняющих их столь же эффективно, как и 64-разрядные.

Intel представила собственную технологию ЕМ64Т (Extended Memory 64-bit Technology). На данный момент 64-разрядные приложения для многих пользователей ПК не столь актуальны, так как соответствующих программ пока еще немного.

Защищенный режим. Технология NX (No eXecute), разработанная AMD, и XDB (eXecute Disable Bit), разработанная Intel позволяют уменьшить вред от вторжений - троянов, вирусов и червей. Для этого требуется операционная система, которая поддерживает защищенный режим - для Windows XP нужно установить Service Pack 2. Если ОС поддерживает защищенный режим, то он позволяет отразить атаки, связанные с «переполнением буфера» (Как выбрать процессор? ).

Микроконтроллеры

Практически каждая фирма по производству радиокомпонентов выпускает свой собственный контроллер. Однако и в этом многообразии есть порядок - МК делятся на семейства.

MSC-51

Самое обширное и развитое это MSC-51, старейшее из всех, идущее от intel 8051 и ныне выпускаемое массой фирм. Иногда кратко зовется С51. Это 8-ми разрядная архитектура, отличается от большинства других тем, что это CISC архитектура. Т.е. одной командой порой можно совершить довольно сложное действие, но команды выполняются за большое число тактов (обычно за 12 или 24 такта, в зависимости от типа команды), имеют разную длину и их много. Среди контроллеров архитектуры MSC-51 встречаются имеющие минимум периферии, малую память и низкое быстродействие, а так же с разнообразной периферией, знасительными оперативной и постоянной памятью, интерфейсами от UART‘a до USB и CAN и ядром, выдающим до 100 миллионов операций в секунду.

Рис.8.23. Микроконтроллер Intel MCS-51

Источник: http: //de.academic.ru/pictures/dewiki/75/KL_Intel_P8051.jpg

Atmel AVR

Вторым семейством является AVR от компании Atmel. Вообще Atmel производит и MSC-51 контроллеры, но все же основной упор они делают на AVR. Эти контроллеры уже имеют 8-ми разрядную RISC архитектуру и выполняют одну команду за один такт, но в отличии от классического RISC ядра имеют весьма развесистую систему команд. AVR имеют разнообразную периферию, особенно контроллеры подсемейства ATMega. Они легко прошиваютсяю. Простота освоения позволила этому контроллеру получить широкое распространение по всему миру.

Рис.8.24. Микроконтроллер Atmel AVR Аtmega128

Источник: http: //avrlab.com/upload_files/atmega128_view.JPG

Microchip PIC

8-ми разрядный RISC микроконтроллер, отличается весьма сложной системой команд. Каждая команда выполняется за четыре такта. Имеется ряд достоинств - очередь это низкое энергопотребление, и быстрый старт. В среднем PIC контроллере нет такого количества периферии как в AVR, но зато самих модификаций PIC контроллеров существует такое количество, что всегда можно подобрать себе кристалл с периферией подходящей точно под задачу. На PIC микроконтроллерах построены бортовые компьютеры автомобилей, а также многочисленные бытовые сигнализации (Что такое микроконтроллер? ).

Рис.8.25. Микроконтроллеры Microchip PIC16LF190X

Микроконтроллеры AVR

AVR самая обширная производственная линии среди других флэшмикроконтроллеров корпорации Atmel.

Atmel представила первый 8разрядный флэшмикроконтроллер в 1993 году и с тех пор непрерывно совершенствует технологию. Прогресс данной технологии наблюдался в снижении удельного энергопотребления (мА/МГц), расширения диапазона питающих напряжений (до 1.8 В) для продления ресурса батарейных систем, увеличении быстродействия до 16 млн. операций в секунду, встройкой реально временных эмуляторов и отладчиков, реализации функции самопрограммирования, совершенствовании и расширении количества периферийных модулей, встройке специализированных устройств (радиочастотный передатчик, USBконтроллер, драйвер ЖКИ, программируемая логика, контроллер DVD, устройства защиты данных) и др.

В 2002 г. фирма Atmel начала выпуск новых подсемейств 8-разрядных МК на базе AVR-ядра. С тех пор все МК этого семейства делятся на три группы (подсемейства): Classic, Tiny и Mega. МК семейства Classic (AT90Sxxxx) уже не выпускаются; дольше всего в производстве " задержалась" очень удачная (простая, компактная и быстродействующая модель) AT90S2313, но и она была в 2005 г. заменена на ATtiny2313. Все " классические" AVR с первыми цифрами 2 и 8 в наименовании модели (что означает объем памяти программ в килобайтах) имеют полные аналоги в семействах Tiny и Mega. Для них при программировании возможна установка специального бита совместимости, который позволяет без каких-либо изменений использовать программы, созданные для семейства Classic..

Примеры различных типов корпусов, в которых выпускаются микросхемы AVR, приведены на рис. 43.

Рис. 8.26. Примеры различных типов корпусов для МК AVR

Источник: http: //controllersystems.com/uploads/posts/1278022838_1_2_1.png

Все семейства могут иметь две модификации: буква " L" в обозначении говорит о расширенном диапазоне питания 2, 7-5, 5 В, отсутствие такой буквы означает диапазон питания 4, 5-5, 5 В. При выборе конкретного типа микросхемы нужно быть внимательным, т. к. L-версии одновременно также и менее быстродействующие, у большинства из них максимальная тактовая частота ограничена значением 8 МГц.

Для " обычных" версий максимальная частота составляет 16 или 20 МГц. При запуске L-микросхем с напряжением питания 5 В на частотах до 10-12 МГц они работают стабильно (аналогично версии без буквы L работают при напряжении питания около 3 В, но не на экстремальных значениях частот.

Микросхемы Tiny имеют Flash-ПЗУ программ объемом 1-8 кбайт и размещаются в основном в корпусах с 8-20 выводами (кроме ATtiny28) и предназначены для более простых устройств. Это не значит, что их возможности во всех случаях более ограниченны, чем у семейства Mega.

Подсемейство Mega оснащено Flash-ПЗУ программ объемом 8-256 кбайт и корпусами с 28-100 выводами. В целом МК этой группы более " мощные", чем Tiny, имеют более разветвленную систему встроенных устройств с более развитой функциональностью.

Кроме этих семейств, на базе AVR-ядра выпускаются специализированные микросхемы для:

работы с USB-интерфейсом (AT90USBxxxx);
работы с промышленным интерфейсом CAN (AT90CANxxx);
работы с беспроводным интерфейсом IEEE 802.15.4 (ZigBee);
управления ЖК-дисплеями (ATmega329 и др.).

В последнее время некоторые микроконтроллеры серий Tiny и Mega стали выпускаться в версиях со сверхмалым потреблением (технология picoPower с напряжением питания от 1, 8 В, в конце наименования МК этой серии добавлена буква " Р" ) и высокотемпературных для использования в автомобильной промышленности (версии Automotive).

Появилось семейство XMega с напряжением питания 1, 8-3, 6 В, повышенным быстродействием (тактовая частота до 32 МГц), 12-разрядным 16-канальным АЦП и 2-4 каналами ЦАП (до сих пор в структуре AVR они отсутствовали), несколькими каналами UART и других последовательных портов (причем с возможностью работы в автономном режиме, при остановленном ядре), встроенной поддержкой криптографии, усовершенствованным режимом picoPower и пр. Существует также отдельное семейство 32-разрядных МК AVR32, предназначенное для высокоскоростных приложений, таких как обработка видеопотока или распознавание образов в реальном времени (Что такое микроконтроллер? ).

⇐ Предыдущая 15 16 17 18 19 20 21 222324 Следующая ⇒