2. Основні характеристики МП

Мікропроцесор – складний обчислювальний пристрій, реалізований у вигляді ВІС, характеризується багатьма параметрами і властивостями.

Як ВІС, МП може бути охарактеризований наступними параметрами: ступенем інтеграції (розмірами кристала і кількістю транзисторів на ньому), типом корпуса, числом виводів, кількістю і величинами живлячих напруга, потужністю що розсіюється, робочим температурним діапазоном, надійністю, навантажувальною здатністю і т.п. Ці параметри істотно розрізняються у різних процесорів, і мають суттєве значення лише для розроблювачів апаратного забезпечення ПК.

Розроблювачі програмного забезпечення ПК використовують інтегральні системні характеристики МП як обчислювального пристрою, до яких, наприклад, відносяться:

- використовувана система команд;

- структура системи переривань;

- можливість організації різних структур пам'яті і типів обміну інформацією з зовнішніми пристроями;

- способи організації спільної роботи декількох процесорів і ін.

Найбільше практично важливими для кінцевого користувача конструктивними і функціональними характеристиками є:

- розрядність МП. Іноді цей параметр називають внутрішньою розрядністю МП або розрядністю внутрішньої шини даних (ШД). Фактично це кількість біт інформації, що одночасно можуть бути записані в кожній з регістрів загального призначення МП. Процесори 8086/8088 і 80286 були 16-розрядними, усі наступні МП цього сімейства, аж до Pentіum ІV, є 32-розрядними.

- розрядність шини даних МП. Іноді цей параметр називають зовнішньою розрядністю МП або розрядністю зовнішньої ШД. Це кількість зовнішніх виводів МП для передачі даних. Розрядність і внутрішньої і зовнішньої ШД можуть відрізнятися. Так, наприклад, МП першого покоління сімейства Іntel х86 8086 і 8088 відрізнялися тим, що 8088 мав восьмирозрядну зовнішню ШД, а 8086 - шістнадцятирозрядну, хоча розрядність внутрішньої ШД і в того, і в іншого дорівнювала 16.

- розрядність шини адреси (ША). Це кількість зовнішніх виводів МП для передачі адресної інформації. Розрядність адреси прямо визначає максимальний обсяг фізично адресованої пам'яті як М=2^N, де N - розрядність ША, М - обсяг фізично адресованої пам'яті в байтах.

- максимальний обсяг фізично адресованої пам'яті. Цей параметр прямо зв'язаний з розрядністю ША МП.

- швидкодія (продуктивність). Це інтегральна характеристика МП, до визначення якої існують різні підходи. По-перше, швидкодія МП істотна залежить від тактової частоти. Підвищення тактової частоти МП однозначно веде до підвищення продуктивності МП, хоча для обчислювальної системи в цілому ця залежність не є лінійною. Крім того, МП різних поколінь, що працюють на одній і тій же тактовій частоті мають істотно різну продуктивність (наприклад, Pentіum з тактовою частотою 100 МГЦ, перевершує МП 486 з тією же тактовою частотою по продуктивності в 2-2,5 рази). Це визначається саме розходженнями в мікроархітектурі МП. По-друге, МП використовують дві істотно різних форми представлення чисел: з плаваючою і фіксованою комами (точками). Перші виконуються переважно блоком виконання операцій із точкою, що плаває, (математичним співпроцесором), а другі - АЛП самого МП. Тому прийнято роздільно оцінювати швидкість виконання МП операцій з числами, представленими в тій і іншій формах. Крім того, варто враховувати, що продуктивність різних обчислювальних систем, побудованих на тому самому МП, може істотно розрізнятися через архітектурні розходження цих систем.

- кеш центрального процесора. Ряд моделей центральних процесорів (ЦП) володіють власним кешем, для того щоб мінімізувати доступ до оперативної пам'яті (ОЗП), яка повільніша. Кеш-пам'ять може давати значний виграш в продуктивності, у разі коли тактова частота ОЗП значно менше тактової частоти ЦП. Тактова частота для кеш-пам'яті зазвичай ненабагато менше частоти ЦП.

- сокет (socket, роз'єм центрального процесора) - це гнiздовий роз'єм на материнській платі, у який встановлюється процесор. Кожен процесор можна встановити тільки на материнську плату з відповідним роз’ємом, що має відповідні розміри, необхідну кількість і структуру контактних елементів (інакше процесор туди навіть фізично не підійде). Кожен новий сокет вводиться виробниками процесорів, коли можливості старих роз'ємів вже не можуть забезпечити нормальну роботу нових виробів. Для процесорів Intel тривалий час використовувався (і зараз ще використовується) сокет LGA775 (процесори Pentium 4, Pentium D, Celeron D, Pentium EE, Core 2 Duo, Core 2 Extreme, Celeron, Xeon серії 3000, Core 2 Quad). З початком виробництва лінії нових процесорів були введені сокети LGA1366, LGA1156 (процесори i7, i3, i5). Роз'єми для процесорів від AMD за останні роки також змінилися - AM2, AM2+, AM3.

Рівні кеш-пам’яті

Найшвидшою пам'яттю є кеш першого рівня - L1-cache. По суті, вона є невід'ємною частиною процесора, оскільки розташована на одному з ним кристалі і входить до складу функціональних блоків. У сучасних процесорах зазвичай кеш L1 розділений на два кеша, кеш команд (інструкцій) і кеш даних (Гарвардська архітектура). Більшість процесорів без L1 кешу не можуть функціонувати. L1 кеш працює на частоті процесора, і зверненням до нього може проводитися кожен такт. Найчастіше є можливим виконувати декілька операцій читання/запису одночасно. Обсяг зазвичай невеликий - не більше 384 Кбайт.

Другим за швидкодією є L2-cache - кеш другого рівня, зазвичай він розташований на кристалі, як і L1. У старих процесорах - набір мікросхем на системній платі. Об'єм L2 кеша від 128 Кбайт до 1-12 Мбайт. У сучасних багатоядерних процесорах кеш другого рівня, перебуваючи на тому ж кристалі, є пам'яттю роздільного користування.

Кеш третього рівня найменш швидкодіючий, але він може бути дуже значного розміру - більше 24 Мбайт. L3 кеш повільніший попередніх, але все одно значно швидше, ніж оперативна пам'ять. У багатопроцесорних системах перебуває у загальному користуванні і призначений для синхронізації даних між різними рівнями кеш- пам’яті.