компания Intel выпускает в год более 100 млн. процессоров, т. е. больше, чем все остальные процессорные фирмы все вместе взятые.
Компания AMD продала во II квартале 7,7 млн. своих процессоров, что составило 22,2 % рынка процессоров с архитектурой IA32. Компания является главным конкурентом Intel на этом рынке. В том же квартале Intel произвела 76,2 % процессоров IA32 (26,4 млн.).
Процессор Athlon – первый проект AMD, в котором она отошла от прямого копирования архитектур Intel и предложила рынку свой вариант платформы для PC. Процессор имеет кэшпамять объемом 128 Кбайт. Здесь реализован не только модуль ММХ, но и дополнительный набор инструкций 3DNow! который обеспечивает более эффективную обработку графической информации. Системная шина – EV-6, та же, что и в процессорах Alpha
Кроме этих двух компаний, более простые и менее производительные процессоры архитектуры IA32 выпускают также компании Rise (процессоры шР6, шР6 II) и Centaur (серия процессоров – Wine hip). Ранее описанный процессор MediaGX компании National Semiconductor также имеет ядро с той же архитектурой. Объем выпуска этих процессоров не велик – менее 1 % рынка.
Компьютер Macintosh фирмы Apple (а также его «родственники»: настольные – iMac, PowerMac G4, PowerMac G4 Cube и ноутбуки – iBook, PowerBook G4) существенно отличается от IBM PC, хотя современному пользователю компьютера эти отличия и не очень заметны. Компьютеры Apple начали выпускаться на четыре года раньше конкурентов [35] . Однако компания Apple не позволила другим фирмам производить детали для своего компьютера: она сама создавала для него и программное обеспечение. Идеология IBM PC (открытая архитектура) изначально предполагала, что детали для этих компьютеров будут делать множество независимых компаний. И программное обеспечение тоже. Конкуренция привела к тому, что стоимость компьютеров IBM PC стала значительно ниже, чем Macintosh. Сегодня цены почти сравнялись. Компьютеры Macintosh (следующая серия компьютеров после Apple) всегда отличались великолепной графикой и звуком. И сегодня во многих редакциях газеты и журналы готовятся именно на этих компьютерах. На них же работают и многие музыканты. Современные звуковые и графические платы IBM PC тоже позволяют получать хорошее изображение и звук, но на Macintosh результат лучше.
В компьютерах Macintosh применяются два вида процессоров: G3, G4 компании Motorola и Power PC от IBM. Эти процессоры разрабатывались обеими фирмами совместно. Они имели более современную архитектуру ядра, чем процессоры 86-й серии. Motorola и IBM создавали совершенно новый процессор, используя последние достижения технологии и учитывая опыт использования других процессоров. В результате получился очень эффективный процессор, который при равной частоте с процессорами Intel обеспечивает большую производительность. Правда, пока частота работы процессоров G3, G4 и Power PC ниже.
Архитектура микропроцессоров
Разрабатывая свои первые микропроцессоры, компания Intel предложила для них архитектуру, которая позже была названа архитектурой с полным набором команд (CISC–Complete Instruction Set Computer). Эта архитектура сохранена во всех 32-разрядных процессорах, выпускаемых Intel и AMD.
Для CISC-архитектуры характерно:
• сравнительно небольшое число регистров общего назначения;
• большое количество кодов, некоторые из которых нагружены семантически аналогично операторам высокоуровневых языков программирования и выполняются за несколько тактов;
• большое количество методов адресации;
• большое количество форматов команд различной разрядности;
• преобладание двухадресного формата команд;
• наличие команд обработки типа «регистр-память».
Тридцать лет назад именно такая архитектура (с учетом технологических особенностей изготовления процессоров) была наилучшей, позволяющей получить максимальную производительность компьютера.
К середине 80-х годов XX века технология производства интегральных микросхем значительно продвинулась по сравнению с предыдущим десятилетием, и старая архитектура уже не могла обеспечить максимальной производительности. Требовались новые структурные решения. Компания Intel стала жертвой успеха своих микропроцессоров – массовое использование процессоров х86 с устаревшей CISC-архитектурой привело к тому, что для них было создано огромное количество программ. И компания не могла начать производство процессоров с новой архитектурой, на которых нельзя использовать эти программы, и вынуждена была выпускать процессоры с устаревшей архитектурой. В это время другие компании, не обремененные успехом, предложили новую архитектуру микропроцессора с сокращенным набором команд (RISC – Reduced Instruction Set Computer). Впервые идеи такой архитектуры были реализованы в компьютере CDC6600, еще позднее она была применена при создании суперкомпьютеров компании Cray Research. Окончательно архитектура RISC сформировалась при разработке трех процессоров: 801 компании IBM, RISC университета Беркли и MIPS Стенфордского университета. Среди особенностей RISC-архитектур следует отметить:
• малый набор кодов;
• выполнение большинства инструкций за один такт;
• короткие связи внутри процессора, что позволяет сократить длительность такта и увеличить частоту работы процессора;
• конвейерную обработку нескольких команд (когда за один такт в компьютере обрабатывается сразу несколько последовательных команд);
• наличие большого количества регистров (32 или большее число регистров по сравнению с 8—16 регистрами в CISC-архитектурах), что позволяет большему объему данных храниться в регистрах процессора большее время и упрощает работу компилятора по распределению регистров под переменные;
• как правило, используются трехадресные команды, что, помимо упрощения дешифрации, дает возможность сохранять большее число переменных в регистрах без их последующей перезагрузки.
Развитие архитектуры RISC в значительной степени определялось прогрессом в области создания оптимизирующих компиляторов. Современная техника компиляции позволяет эффективно использовать преимущества большего регистрового файла, конвейерной организации и большей скорости выполнения команд.
Сегодня технология производства микропроцессоров продолжает развиваться дальше:
• уменьшаются технологические размеры транзисторов (сегодня технологическая норма – 0,013 мкм);
• появились новые технологии, такие как «кремний на изоляторе» (SOI) и использование медных проводников;
• внедряются новые методы изоляции проводников, например диэлектрик с низкой теплопроводностью, позволяющей добиться почти 30-процентного увеличения скорости вычислений и производительности;
• создан транзистор нового типа, получивший наименование «транзистор на обедненной подложке» («depleted substrate transistor»);
• внедряются новые полупроводниковые материалы, такие как «высокоизолирующий диэлектрик с К-затвором» («high k-gate dielectric»).
Эти и другие технологические решения позволяют снизить утечки тока в транзисторе и заметно уменьшить энергопотребление микропроцессора, что дает возможность разместить в нем значительно больше электронных элементов, работающих на более высоких частотах. В результате в современном микропроцессоре можно реализовать многие структурные решения, ранее казавшиеся недоступными. Одним из таких решений является новая архитектура, известная под названием Intel Architecture-64 (IA-64). Она не является 64-разрядным расширением 32-разрядной архитектуры х86 компании Intel (то есть это не CISC-архитектура), а также это и не переработка 64-разрядной архитектуры RISC.
IA-64 представляет собой новую архитектуру, использующую различные оригинальные решения, такие как:
• длинные слова команд (long instruction words – LIW);
• предикаты команд (instruction predication);
• устранение ветвлений (branch elimination);
• предварительная загрузка данных (speculative loading)
и другие решения, позволяющие «извлечь больше параллелизма» из кода программ. Эта архитектура получила наименование Explicitly Parallel Instruction Computing (EPIC) – явно параллельные инструкции компьютера.Самые мощные
Сегодня все больше компьютеров используются для управления компьютерами, что связано со стремительным развитием локальных и глобальных информационных сетей. Более того, компании Sun Microsystems и Oracle разрабатывают идеологию, аппаратные и программные средства для создания «сетевого» компьютера, способного работать только в сети. Поэтому фирма Sun и придерживается концепции «Сеть – это компьютер». Естественно, для обеспечения работы сетей необходимы серверы [36] различной производительности: от сверхмощных до простых принт-серверов, обеспечивающих коллективное использование одного принтера несколькими компьютерами. В современных серверах используются две группы процессоров: для начального уровня – 32-разряцные процессоры, а для мощных серверов – 64- разряцные процессоры. В табл. 2.3 приведены данные по суммарному выпуску серверов ведущими компьютерными компаниями.
Таблица 2.3.
Рынок
