Восьмое поколение процессоров (64-разрядныe)

64-разрядныe

🕛 04.10.2009, 14:35

В 2001 году Intel представила первый 64-разрядный серверный процессор Itanium, за которым в 2002 году последовала его улучшенная версия Itanium 2. В 2003 году AMD также представила первый 64-разрядный процессор для настольных компьютеров Athlon 64 и его серверную 64-разрядную версию Opteron. В 2004 году Intel представила процессоры Pentium 4 с поддержкой 64-разрядных расширений, предназначенные для настольных ПК, а в 2005 году - 64-разрядные версии процессоров Xeon для рабочих станций и серверов, а также новые 64-разрядные процессоры для настольных ПК: Pentium Extreme Edition и двухъядерные Pentium D.
Далее рассматриваются основные характеристики этих процессоров, а также различия в подходах компаний Intel и AMD к внедрению 64-разрядных вычислений в сегментах настольных ПК и серверов.

Itanium и Itanium 2

Процессор Itanium был представлен в мае 2001 года и в настоящее время является наиболее производительным процессором Intel, предназначенным главным образом для серверного рынка.
Если бы Intel все еще использовала числа для наименования процессоров, то Itanium на полном основании получил бы название 886, как процессор восьмого поколения семейства Intel. Он представляет собой наиболее значительное архитектурное достижение со времен процессора 386.
Процессор Itanium является первым в семействе IA-64 (64-разрядная архитектура Intel), содержащим новаторские, повышающие производительность системы средства, к числу которых относятся предсказание и упреждающее выполнение.
Процессоры Itanium и Itanuim 2 не предназначены для замены Pentium 4. Процессоры имеют уникальную и весьма дорогостоящую архитектуру, поэтому используются главным образом в файловых серверах или высокопроизводительных рабочих станциях.

1 В корпусе, работает на полной частоте ядра, 128-разрядный.
2 В ядре, работает на полной частоте ядра, 128-разрядный.
3 Оптимизирован для работы в двухпроцессорных системах (DP Optimized).
4 Также доступен в экономичной версии.
5 Оптимизирован для работы в многопроцессорных системах.

Как следует из табл. 3.49, в процессорах Itanium/Itanium 2 впервые используются три уровня кэш-памяти, хотя кэш-память третьего уровня ранее была интегрирована в некоторые системные платы и работала с существенно меньшей тактовой частотой. Встроенная в ядро процессора, кэш-память третьего уровня работает на полной его рабочей частоте.
Основные технические характеристики процессора Itanium приведены ниже.
- Адресация до 16 Тбайт (терабайт) физической памяти (44-разрядная шина адреса).
- Полная совместимость с 32-разрядными инструкциями аппаратного обеспечения.
- Технология EPIC (Explicitly Parallel Instruction Computing), позволяющая выполнять до 20 операций за один такт.
- Два целочисленных модуля и два блока памяти, позволяющие выполнять до четырех инструкций в течение одного такта.
- Два модуля FMAC (Floating-point Multiply Accumulate) с 82-разрядными операндами.
- Каждый модуль FMAC позволяет выполнить до двух операций с плавающей запятой в течение одного такта.
- Два дополнительных модуля MMX, каждый из которых позволяет выполнить до двух операций FP с обычной точностью.
- В целом в течение одного такта может быть выполнено до восьми операций FP (Floating-point).
- 128 регистров для работы с целыми числами, 128 регистров с плавающей запятой, 8 регистров разветвления, 64 регистра предиката.
Процессор Itanium 2 поддерживает дополнительно две функции.
- Частота шины 400 МГц (по сравнению с частотой шины 266 МГц у процессоров Itanium).
- 128-разрядная шина процессора (по сравнению с 64-разрядной шиной процессора Itanium).
Первые процессоры Itanium и Itanium 2 создавались по 0,18-микронной технологии; при создании последующих версий будет использоваться уже 0,13-микронная технология, что позволит повысить рабочую частоту процессора и увеличить объем кэш-памяти.
В процессоре Itanium используется новый тип корпуса Pin Array Cartridge (PAC). Этот корпус содержит кэш-память третьего уровня и подключается в разъем PAC418 (418 выводов), установленный на системной плате. Размеры корпуса составляют примерно 75x125 мм, вес - около 170 г. В нижней части корпуса находится металлическая пластина, предназначенная для рассеивания тепла (рис. 3.62). Корпус Itanium имеет четыре фиксатора, используемых при установке процессора в системную плату.
Процессор Itanium 2, имеющий кодовое название McKinley (рис. 3.63), был официально представлен в июне 2002 года. Он имеет более высокую пропускную способность шины процессора (6,4 Гбайт/с), более высокую тактовую частоту и встроенную в кристалл процессора кэш-память третьего уровня с удвоенным объемом (по сравнению с оригинальным процессором Itanium). Благодаря этому общая скорость обработки данных этого процессора увеличилась примерно в два раза. Процессор Itanium 2 содержит интегрированную кэш-память трех уровней, а значит, нет необходимости в картридже (см. рис. 3.63). Процессоры Itanium и Itanium 2 не взаимозаменяемы, так как поддерживаются разными наборами микросхем.
Процессоры Itanium и Itanium 2 поддерживаются целым рядом операционных систем, в том числе Microsoft Windows XP 64-bit Edition и 64-разрядная Windows Advanced Server Limited Edition 2002, Linux (от четырех компаний: Red Hat, SuSE, Caldera и Turbo Linux), а также ряд версий Unix (HP-UX компании Hewlett-Packard и AIX компании IBM).

Совет
Если вам необходимо запустить 32-разрядное x86-совместимое программное обеспечение на процессоре Itanium 2, убедитесь в том, что операционная система поддерживает технологию IA-32 EL (IA-32 Execution Layer). Технология IA-32 EL позволяет значительно улучшить выполнение 32-разрядного программного обеспечения на процессоре Itanium 2. К операционным системам, поддерживающим технологию IA-32 EL, относятся следующие: Windows Server 2003 Enterprise Edition, Windows Server 2003 Data Center, Windows XP
64-bit Edition, а также большинство дистрибутивов Linux с поддержкой Itanium 2. Необходимые для поддержки IA-32 EL компоненты для операционных систем Red Hat Enterprise Linux 4, Red Hat Enterprise Linux 3 UP5, Red Hat Enterprise 3 UP4, SUSE Enterprise Server 9 SP1, SUSE Enterprise Server Linux SP1, Kernel 2.6 можно загрузить с Web-страницы ‘‘IA-32 Execution Layer’’, доступной по адресу: http://www.intel.com/ cd/software/products/asmo-na/eng/219773.htm.
Несмотря на то что процессор Itanium 2 обладает широкой поддержкой со стороны операционных систем, он не получил такого большого признания и распространения, как рассчитывали компания Intel и ее партнеры. Хотя Intel и продолжает разработку новых решений для платформы Itanium 2, если у вас возник интерес к 64-разрядным системам, скорее всего вашим приобретением станет один из процессоров AMD или Intel, которые описываются в следующих разделах. Это связано с тем, что данные процессоры представляют собой 32-разрядные решения с поддержкой 64-разрядных расширений, а значит, обеспечивают эффективное выполнение как 32-разрядного, так и 64-разрядного программного обеспечения.

AMD Athlon 64 и Athlon 64 FX

Процессоры AMD Athlon 64 и Athlon 64 FX, представленные во второй половине 2003 года, являются первыми 64-разрядными процессорами, предназначенными для настольных ПК. К семейству 64-разрядных процессоров AMD также относится Opteron, созданный для использования в серверных системах. Процессор Athlon 64 FX представлен на рис. 3.64.
Рис. 3.64. Процессор AMD Athlon 64 FX (Socket 939). Фотография любезно предоставлена компанией AMD
Помимо поддержки 64-разрядных инструкций, существенное отличие Athlon 64 и Athlon 64 FX от других процессоров состоит в том, что они оснащены встроенным контроллером памяти. Обычно контроллер памяти встроен в северный мост или соответствующий модуль hub-архитектуры на системной плате, однако в случае Athlon 64 и Athlon 64 FX контроллер памяти расположен непосредственно в процессоре. Это означает, что шина процессора отличается от других решений. В случае использования традиционной архитектуры процессор взаимодействует с северным мостом набора микросхем, который, в свою очередь, взаимодействует с памятью и другими компонентами системы.
Поскольку процессоры Athlon 64 и Athlon 64 FX оснащены интегрированным контроллером памяти, они взаимодействуют с памятью напрямую, а к северному мосту обращаются при необходимости взаимодействия с другими компонентами. Это позволило значительно повысить быстродействие не только обмена данными с памятью, но и процессорной шины в целом. Основное различие между процессорами Athlon 64 и Athlon 64 64 FX заключается в различном
объеме кэш-памяти второго уровня L2 (а также в том, что эти процессоры допускают увеличение коэффициента умножения).
Далее перечислены основные характеристики Athlon 64 и Athlon 64 FX.
- Тактовые частоты от 1,8 до 2,4 ГГц и больше.
- 105,9 млн. транзисторов, 0,13-микронный технологический процесс.
- 12-стадийный конвейер.
- Одноканальный или двухканальный 72-разрядный (64 бит, поддержка ECC) интерфейс памяти, интегрированный в процессор (вместо микросхем северного моста или MCP, как в других наборах микросхем).
- Кэш-память первого уровня объемом 128 Кбайт.
- Кэш-память второго уровня объемом 512 Кбайт или 1 Мбайт.
- Поддержка технологии AMD64 (также называемой IA-32e, x86-64 или EM64T), добавляющей 64-разрядные расширения к традиционной 32-разрядной архитектуре x86.
- Высокоскоростное соединение Hypertransport (6,4 или 8,0 Гбайт/с) с набором микросхем.
- Адресация оперативной памяти объемом до 1 Тбайт, что преодолевает аналогичное ограничение, существующее для 32-разрядных процессоров.
- Поддержка инструкций SSE2 (инструкции SSE, а также 144 новые инструкции для обработки графики и звука).
- Несколько энергосберегающих состояний.
- 130-нанометровый (ядра ClawHammer и Newcastle) или 90-нанометровый (ядра Winchester, Venice и San Diego) технологический процесс.
Отличия процессора Athlon 64 FX от стандартного процессора Athlon 64 перечислены ниже.
- Поддержка только гнезд Socket 939 и Socket 940 (первые версии).
- Двухканальный контроллер памяти DDR с поддержкой ECC.
- Версии для гнезда Socket 940 требуют использования регистровой памяти.
- Тактовая частота от 2,2 до 2,8 ГГц.
- Кэш-память второго уровня L2 объемом 1 Мбайт.
Хотя версии Athlon 64 для гнезда Socket 939 обеспечивают сравнимое быстродействие, Athlon 64 FX все равно оказывается самым быстрым одноядерным решением на базе ядра Athlon 64. (В начале 2006 года компания AMD представила первую двухъядерную версию Athlon 64 FX - FX-62. - Примеч. ред.).
Хотя компания AMD постоянно подвергается критике за использование запутанной рейтинговой системы быстродействия процессоров в семействе Athlon XP, та же система применяется и для Athlon 64. Следовательно, наравне с Athlon XP, определение реального быстродействия процессора следует проводить с помощью конкретных приложений. Это позволит оценить, насколько та или иная модель Athlon 64 подходит для выполнения всех возлагаемых на нее задач. Компания AMD разработала специальный набор микросхем для Athlon 64, однако в большинстве системных плат применяются наборы микросхем сторонних производителей, ранее успешно зарекомендовавших себя в производстве микросхем для семейства процессоров Athlon XP. Более подробная информация представлена в главе 4.
Характеристики различных моделей Athlon 64 и Athlon 64 FX приведены в табл. 3.50 и 3.51.

Процессоры Athlon 64 и Athlon 64 FX выпускаются для трех типов гнезд (табл. 3.52). Процессор Athlon 64 выпускается для гнезд Socket 754 и Socket 939, в то время как процессор Athlon 64 FX - для гнезд Socket 939 и Socket 940. Процессоры для гнезда Socket 754 поддерживают только одноканальную шину памяти, а процессоры для гнезд Socket 939 и Socket 940 - двухканальную, что позволяет в два раза увеличить пропускную способность памяти. Процессоры для гнезда Socket 939 поддерживают более быстрые и дешевые небуферизиро-ванные модули DDR SDRAM DIMM, процессоры для гнезда Socket 940 - более медленные и дорогие регистровые модули DIMM. Поэтому рекомендуется избегать процессоров и системных плат Socket 940, так как регистровые модули памяти более медленные и дорогие, чем не-буферизированные. Процессоры Athlon 64 для гнезда Socket 754 также поддерживают небу-феризированные модули DDR SDRAM DIMM, но только в одноканальном режиме.

Процессор Athlon 64 выпускается в двух версиях. Первая предназначена для гнезда Socket 754 и поддерживает одноканальную шину памяти, а вторая, улучшенная, - для гнезда Socket 939 и поддерживает двухканальную шину памяти. Процессор Athlon 64 FX также выпускается в двух версиях. Первая, предназначенная для гнезда Socket 940, предполагает использование дорогой (и относительно медленной) регистровой памяти, а вторая, улучшенная, - для гнезда Socket 939 и поддерживает обычную небуферизированную память. Процессоры Athlon 64 и Athlon 64 FX для гнезда Socket 939 отличаются только объемом кэш-памяти второго уровня L2, а также тем, что Athlon 64 FX позволяет увеличивать коэффициент умножения. Например, процессоры Athlon 64 3800+ и Athlon 64 FX-53 работают на частоте 2,4 ГГц и поддерживают двухканальную шину памяти. Однако Athlon 64 3800+ оснащен кэш-памятью второго уровня L2 объемом 512 Кбайт, а Athlon 64 FX-53 - кэш-памятью второго уровня L2 объемом 1 Мбайт.
Процессоры Athlon 64 и Athlon 64 FX могут потреблять до 104 Вт мощности; это хотя и довольно много, но все же меньше, чем аналогичные показатели Pentium 4. Как и в системных платах Pentium 4, для подачи дополнительного питания с напряжением 12 В на системные платы для процессоров Athlon 64 добавлен разъем ATX12V.
Первая версия ядра Athlon 64 создана по 0,13-микронной технологии (рис. 3.65). Последующие версии созданы с помощью 0,09-микронного процесса.

Процессор AMD Sempron (Socket 754)

Подобно тому как название Intel Celeron скрывает не одно, а целый ряд семейств процессоров, которые Intel разработала для сегмента бюджетных ПК, торговая марка Sempron была представлена компанией AMD в тех же целях. Под названием Sempron скрываются как процессоры для гнезда Socket, пришедшие на смену Athlon XP, так и процессоры для гнезда Socket 754, которые представляют собой экономичные аналоги процессоров Athlon 64.
Процессор Sempron для гнезда Socket 754 базируется на ядре процессора Athlon 64 для гнезда Socket 754. Однако некоторые модели Sempron при этом поддерживают только 32-разрядный режим работы. Основные характеристики процессоров Sempron для гнезда Socket 754 приведены ниже.
- 90-нанометровый технологический процесс (исключения приведены в табл. 3.53).
- Кэш-память второго уровня L2 объемом 128 или 256 Кбайт.
- Соединение HyperTransport с набором микросхем со скоростью 3,2 Гбайт/с.
Ядро процессора AMD Athlon 64 (0,13-микронный технологический процесс; 106 млн. транзисторов; площадь 193 мм ). Фотография любезно предоставлена компанией AMD
- Только 32-разрядный или же 32/64-разрядный режим работы с поддержкой приложений AMD64 (IA-32e или x86-64).
- 63,5-68,5 млн. транзисторов.
- Поддержка инструкций SSE3 (только 90-нанометровыми версиями).
Система на базе Sempron для гнезда Socket 754 в любой момент может быть модернизирована благодаря установке процессора Athlon 64 для гнезда Socket 754.

1 Шифры компонентов указаны для OEM-версий процессоров; шифры для коробочных версий процессоров могут отличаться.
2 Коробочная версия SDA2600CVBOX поддерживает технологию AMD64, а коробочная версия SDA2600BABOX - нет.
3 Коробочная версия SDA2800CVBOX поддерживает технологию AMD64, а коробочная версия SDA2800BABOX - нет.
4 Коробочная версия SDA3100CVBOX поддерживает технологию AMD64, а коробочная версия PIB SDA3100BABOX - нет.
5 Коробочная версия SDA3300CVBOX поддерживает технологию AMD64, а коробочная версия SDA3300BABOX - нет.
Как видно из табл. 3.53, большинство моделей Sempron для гнезда Socket 754 поддерживает 64-разрядные расширения AMD64. Благодаря тому что обе компании, Intel и AMD, предлагают 64-разрядные процессоры начального уровня, переход к 64-разрядным вычислениям может быть осуществлен достаточно быстро.

AMD Opteron

Процессор Opteron компании AMD представляет собой аналог Athlon 64 для рабочих станций и серверов, причем также реализован на базе архитектуры x86-64. Он был представлен широкой общественности весной 2003 года.
Далее перечислены основные характеристики AMD Opteron.
- Кэш-память первого уровня объемом 128 Кбайт.
- Кэш-память второго уровня объемом 1 Мбайт.
- Тактовые частоты 1,8 -2,8 ГГц.
- Три соединения Hypertransport (3,2 Гбайт/с) с набором микросхем.
- Гнездо с 939 или 940 контактами.
- Интегрированный двухканальный контроллер памяти.
- Адресация оперативной памяти объемом до 1 Тбайт (40-разрядной физической памяти) и до 256 Тбайт (48-разрядной виртуальной памяти).
- Архитектура AMD64 (x86-64).
- 90- или 130-нанометровый технологический процесс.
- Одноядерная или двухъядерная архитектура.
Процессор Opteron выпускается в трех семействах: 100 (однопроцессорные рабочие станции), 200 (двухпроцессорные рабочие станции и серверы) и 800 (серверы, содержащие до восьми процессоров). В этих же трех семействах были представлены и двухъядерные версии Opteron.
В отличие от семейства Itanium, поддержка которого реализована преимущественно в наборах микросхем Intel, наборы микросхем для процессора Opteron (а также Athlon 64) разработаны такими известными производителями, как VIA, SiS, ALi, NVIDIA и ATI.
Подробные сведения о конфигурациях и функциональных возможностях процессоров Opteron представлены в книге Модернизация и ремонт серверов.

Двухъядерные процессоры

Каким бы быстрым ни был традиционный двухъядерный процессор и каким бы объемом оперативной памяти ни была оснащена система, каждой запущенной программе необходимо уделять внимание и обеспечивать ее корректное исполнение. Чем больше программ будет запущено, тем меньше процессорного времени будет доступно для каждой из них. В результате быстродействие системы может значительно снизиться. Рабочие станции и серверы достаточно давно оснащаются несколькими процессорами, что просто незаменимо при запуске многопоточных приложений, которыми и являются графические и бизнес-приложения.
Однако высокая стоимость многопроцессорных системных плат, а также нескольких процессоров не позволили пользователям настольных ПК воспользоваться всеми перечисленными выше преимуществами.
Замечание
Многопоточное приложение способно запускать одновременно несколько компонентов программы, называемых потоками, в одном адресном пространстве. При этом возможно одновременное использование программного кода и пользовательских данных. В настоящее время существует относительно небольшое количество действительно многопоточных приложений, если не считать приложения для редактирования видео. Многопоточное приложение выполняется гораздо быстрее на двухъядерном процессоре или же процессоре Intel с поддержкой технологии HT, чем на одноядерном процессоре.
Если вы часто запускаете одновременно несколько приложений, таких, как почтовый клиент, Web-браузер, компоненты офисных пакетов (текстовые процессоры и электронные таблицы), графический редактор и т.д., вам определенно следует обратить внимание на последнее достижение в процессорных технологиях - двухъядерный процессор. Двухъядерные процессоры, представленные компаниями Intel и AMD, позволяют пользователям настольных ПК ощутить все преимущества многопроцессорной обработки, так как в данном случае один физический процессор содержит два ядра.
Двухъядерные процессоры содержат два процессорных ядра в одном корпусе, что позволяет ощутить все преимущества многопроцессорной обработки данных, стоимость которой значительно ниже стоимости нескольких процессоров. В отличие от технологии HT компании Intel, которая лишь имитирует работу двух ядер, для работы двухъядерных процессоров особой поддержки со стороны приложений не требуется. Двухъядерные процессоры способны выделить больше времени каждому запущенному приложению или потоку приложения, благодаря чему работа в многозадачных средах значительно ускоряется.
Компании Intel и AMD представили свои первые двухъядерные процессоры (Pentium D и Pentium Extreme Edition, а также двухъядерные Opteron и Athlon 64 X2 соответственно) в начале 2005 года. Хотя обе компании предлагают двухъядерные процессоры, архитектуры этих процессоров и подходы к созданию систем на их основе имеют существенные различия. Однако, прежде чем рассматривать особенности двухъядерных процессоров, следует разобраться, кому действительно может потребоваться двухъядерный процессор.

Кому действительно необходим двухъядерный процессор?
Двухъядерные процессоры в первую очередь предназначены для пользователей, которые часто запускают несколько приложений одновременно или работают с многопоточными приложениями. На рис. 3.66 представлена блок-схема, иллюстрирующая ускорение выполнения нескольких приложений двухъядерным процессором.

Одноядерному процессору приходится уделять все меньше времени каждому запущенному приложению по мере увеличения их количества

Двухъядерный процессор разделяет нагрузку между ядрами, что позволяет ему работать быстрее при той же нагрузке или выполнять больше приложений
Работа в многозадачной системе при использовании одноядерного (слева) и двухъядерного (справа) процессоров
Очень важно понимать, что в однозадачной среде двухъядерный процессор не обеспечивает ни малейших преимуществ. Например, если вы используете компьютер для запуска трехмерных игр и при этом не запускаете другие приложения, использовать двухъядерный процессор практически бесполезно. Можно сказать, что поклонникам компьютерных игр следует отдавать преимущество одноядерным процессорам с максимальной частотой, а не двухъядер-ным процессорам.
Однако, если вы планируете играть в компьютерные игры, предварительно запустив другие программы, интенсивно использующие процессор, например программы кодирования видео и/или звука, двухъядерный процессор может оказаться весьма удачным капиталовложением. Результаты тестирования показывают, что при одновременном запуске компьютерных игр, таких, как Doom 3, и программ кодирования видео и/или звука на двухъядерном процессоре возможно незначительное снижение быстродействия. Итак, если вы часто запускаете несколько приложений одновременно, обязательно обратите внимание на двухъядерные процессоры.
Процессоры Intel Pentium D и Intel Pentium Extreme Edition
Компания Intel представила свои первые двухъядерные процессоры Pentium Extreme Edition и Pentium D в апреле 2005 года. Хотя до момента появления на рынке данные процессоры носили кодовое имя Smithfield, они базируются на ядре Pentium 4 Prescott. Фактически, стараясь вывести двухъядерные процессоры на рынок как можно быстрее, Intel просто объединила на одной подложке два ядра Prescott. Именно так на рынке и появились процессоры Pentium D и Pentium Extreme Edition. Каждое ядро взаимодействует с другим через микросхему MCH (северный мост) на системной плате (рис. 3.67).
По этой причине наборы микросхем Intel 915 и Intel 925, а также некоторые наборы микросхем для процессоров Pentium 4 от сторонних компаний нельзя использовать совместно с
процессорами Pentium D и Pentium Extreme Edition. Первыми наборами микросхем от Intel, поддерживающими двухъядерные процессоры, стали наборы семейства 945, а также 955X и 975X для настольных систем и набор микросхем E7230 для рабочих станций. Кроме того, двухъядерные процессоры поддерживаются набором микросхем nForce 4 от компании NVIDIA.

Контроллер памяти Управляющая шина

Отдельные ядра процессоров Pentium D и Pentium Extreme Edition взаимодействуют друг с другом через MCH (северный мост) набора микросхем
Поскольку ядро Prescott - наиболее “горячее” среди всех выпущенных Intel для настольных компьютеров, а данные процессоры содержат по два подобных ядра, компания ограничила максимальную частоту процессоров значением 3,2 ГГц, что довольно мало по сравнению с 3,8 ГГц процессоров Pentium 4. Однако даже при частоте 3,2 ГГц уровень потребления процессоров Pentium Extreme Edition 840 и Pentium D 840 составляет 130 Вт, что больше 115 Вт для процессора Pentium 4 Prescott.
Основные характеристики Pentium D перечислены ниже.
- Тактовые частоты от 2,8 до 3,2 ГГц.
- Частота шины 800 МГц.
- Поддержка 64-разрядных расширений EM64T.
- Поддержка технологии Execute Disable Bit.
- 90-нанометровый технологический процесс.
- Кэш-память L2 объемом 2 Мбайт (по 1 Мбайт на ядро).
- Гнездо Socket T (LGA775).
Модели 830 и 840 также поддерживают технологию Enhanced Intel Speed Step Technology, которая обеспечивает более тихую и “холодную” работу ПК, так как позволяет процессору в широких пределах изменять частоту в зависимости от текущей нагрузки.
Процессор Pentium Extreme Edition 840 похож на Pentium D 840, однако существует несколько отличий.
- Поддержка технологии HT Technology, которая позволяет каждому физическому ядру процессора имитировать два виртуальных ядра, что позволяет еще более ускорить выполнение многозадачных приложений.
- Технология Enhanced Intel Speed Step Technology не поддерживается.
- Незаблокированный коэффициент умножения, что упрощает разгон процессора.
Сравнительные характеристики процессоров Pentium D и Pentium Extreme Edition представлены в табл. 3.54.
Хотя большинству пользователей Pentium 4, приобретающих Pentium D или Pentium Extreme Edition, может потребоваться сменить системную плату, появление двухъядерных процессоров по достоинству оценят все пользователи, часто запускающие несколько приложений одновременно.
В 2006 году были представлены первые двухъядерные процессоры, выпущенные с использованием 65-нанометрового технологического процесса. Данные процессоры оказываются более “холодными”, чем процессоры, характеристики которых приведены в табл. 3.53, что позволяет им работать с более высокой тактовой частотой.

Номера моделей процессоров Intel

Многие связывают тактовую частоту с процессором, поэтому Intel на протяжении ряда лет при маркировке процессоров указывала их реальную тактовую частоту. В связи с этим может возникнуть предположение, что, чем выше тактовая частота процессора, тем быстрее работает система в целом. Однако на самом деле быстродействие процессора в значительной мере зависит от его архитектуры, поэтому вполне возможно, что процессор с меньшей частотой оказывается более быстродействующим, чем процессор с большей частотой. К сожалению, в этом трудно кого-либо убедить, если при маркировке процессоров акцентировать внимание только на тактовой частоте.
Компания AMD на протяжении длительного времени использовала номера моделей (рейтинги), по которым можно было сравнивать относительное быстродействие разных моделей процессоров. Начиная с 2004 года Intel также решила использовать номера процессоров, однако схема назначения номеров отличается от схемы, используемой AMD. Если AMD использует номера, указывающие на быстродействие, эквивалентное соответствующим моделям процессоров Pentium 4, то Intel решила использовать схему назначения номеров, подобную применяемой компанией BMW: модели 8xx относятся к производительной серии процессоров (Pentium Extreme Edition и Pentium D), модели 7xx - к мобильным процессорам Pentium M, модели 6xx - к процессорам Pentium 4 с дополнительными функциями, модели 5xx - к процессорам Pentium 4 (в том числе и мобильным Pentium 4) среднего уровня, а модели 3xx - к процессорам начального уровня, таким, как экономичные Celeron D и Celeron M. Двухъядерные процессоры Intel Xeon относятся к серии 7xxx.
Компания Intel не расширяет использование номеров на уже выпущенные ранее модели процессоров. Поэтому удобно держать под рукой справочники по Pentium 4, подобные табл. 3.48, так как в них представлены сведения о моделях, промаркированных с помощью номеров, а также посредством тактовой частоты.
При назначении номера определенной модели процессора Intel принимает во внимание не только тактовую частоту, но и внутреннюю архитектуру, объем кэш-памяти, частоту шины и другие характеристики. Поэтому, чем больше номер процессора, тем более функциональным он является. Кроме того, в рамках одной серии более высокие номера указывают на более высокую частоту процессора.

EISS (Enhanced Intel SpeedStep Technology - улучшенная технология Intel SpeedStep). Эта технология позволяет организовать эффективное управление энергопотреблением и температурным режимом. XDB (Execute Disable Bit) - технология защиты от вирусов, применяющих алгоритмы переполнения буфера. IVT (Intel Virtualization Technology) - технология виртуализации Intel, которая позволяет системе запускать несколько виртуальных систем, что часто необходимо для отладки или тестирования игровых, деловых и других типов приложений.
Не все процессоры серии 8xx оказываются быстрее процессоров серии 6xx, как не все процессоры серии 5xx быстрее процессоров серии 3xx. Номера моделей нельзя использовать для прямого сравнения быстродействия. Например, если снова воспользоваться аналогией со схемой нумерации моделей, применяемой компанией BMW, некоторые автомобили серии 3 оказываются быстрее ряда автомобилей серии 5, а некоторые автомобили серии 5 - быстрее ряда автомобилей серии 7. Однако, чем выше номер серии, тем более престижным является автомобиль и тем больше удобств он предоставляет своему владельцу. В то же время в пределах серии больший номер указывает на большее быстродействие. Например, процессор Pentium 4 660 работает быстрее Pentium 4 650 и т.д.
Весьма интересно наблюдать за тем, как номера моделей используются маркетологами. Есть ряд предпосылок для того, что в 2006 году Intel изменит схему нумерации моделей своих процессоров. Однако как бы Intel и AMD не называли свои процессоры, я не приобрету процессор производства любой из них до тех пор, пока не буду точно знать, с какой частотой он работает, каковы объем кэш-памяти L2 и другие характеристики. Ведь по одному номеру модели процессора определить его характеристики весьма проблематично.
Процессоры AMD Athlon 64 X2 и двухъядерные AMD Opteron
Так сложилось, что компания AMD, чьи 64-разрядные процессоры Athlon 64 и Opteron изначально проектировались с учетом будущей модернизации до двухъядерной архитектуры, оказалась вторым поставщиком x86-совместимых двухъядерных процессоров. Первые двухъ-ядерные Opteron были представлены компанией AMD сразу после того, как Intel в апреле 2005 года представила двухъядерные Pentium Extreme Edition и Pentium D, а процессор для
настольных систем Athlon 64 X2 был представлен в мае 2005. При этом Athlon 64 X2 выпускается в одном из двух вариантов.
- Ядро Manchester с суммарным объемом кэш-памяти L2 1 Мбайт (по 512 Кбайт на ядро).
- Ядро Toledo Systems с суммарным объемом кэш-памяти L2 2 Мбайт (по 1 Мбайт на ядро).
Остальные основные характеристики Athlon 64 X2 приведены ниже.
- 90-нанометровый технологический процесс.
- Реальные тактовые частоты 2 -2,4 ГГц.
- Исполнение Socket 939.
- Шина HyperTransport с частотой 1 ГГц.
Двухъядерные процессоры Opteron выпускаются во всех трех сериях и работают с частотой от 1,8 ГГц (модели x65) до 2,4 ГГц (модели x80).
- К серии 100, предназначенной для однопроцессорных систем, относятся двухъядерные модели 165, 170, 175 и 180.
- К серии 200, предназначенной для двухпроцессорных систем, относятся двухъядерные модели 265, 270, 275 и 280.
- К серии 800, предназначенной для серверных систем, содержащих до восьми процессоров, относятся двухъядерные модели 265, 270, 275 и 280.
Хотя компания AMD не первой представила свои двухъядерные процессоры, ее решения имеют ряд преимуществ, особенно с точки зрения пользователей, у которых уже есть системы на базе процессоров Athlon 64 для гнезда Socket 939 и всех моделей Opteron. Данные процессоры изначально проектировались так, чтобы максимально упростить переход к двухъядер-ным архитектурам. Благодаря перекрестному контроллеру памяти ядра могут взаимодействовать непрямую, не обращаясь к микросхеме северного моста, как в первом поколении двухъядерных процессоров Intel. Блок-схема внутренней архитектуры процессора Athlon 64 X2 представлена на рис. 3.68.
В результате большинство систем на базе процессоров Athlon 64 для гнезда Socket 939, а также Opteron для гнезда Socket 940 допускают модернизацию процессора до двухъядерного без замены системной платы. Если системная плата поддерживает процессоры, выполненные по 90-нанометровой технологии, значит, для обеспечения поддержки двухъядерных процессоров достаточно обновить BIOS.
Еще одно преимущество подхода AMD состоит в том, что переход к двухъядерным процессорам практически не отразился на их температурном режиме работы. Поскольку процессоры Athlon 64/Opteron изначально проектировались с учетом будущей двухъядерной
архитектуры, влияние второго ядра на температурный режим оказалось минимальным, даже при условии, что двухъядерные процессоры работают на тех же частотах, что и их одноядерные предшественники. Например, даже самые горячие процессоры Athlon 64 X2 (с частотой 2,4 ГГц) рассеивают всего 110 Вт тепла по сравнению со 130 Вт, характерными для Pentium Extreme Edition и Pentium D. Модели Athlon 64 X2 (с частотой 2,2 ГГц) рассеивают всего 89 Вт, что полностью соответствует характеристикам одноядерной версии Athlon 64, работающей с частотой 2,4 ГГц. Процессор Athlon 64 X2 использует интегрированный перекрестный контроллер памяти (который применялся еще в первых версиях Athlon 64), позволяющий ядрам взаимодействовать друг с другом напрямую
Хотя тактовые частоты процессоров Athlon 64 X2 и Opteron ниже, чем у Intel Pentium D или Intel Pentium Extreme Edition, благодаря более эффективной архитектуре ядра быстродействие AMD оказывается сравнимым, а то и большим, чем у процессоров Intel, в зависимости от выбранного для тестирования приложения. Подробные сведения о процессорах Athlon 64 X2 представлены в табл. 3.56.
Возможность модернизации практических всех существующих систем на базе процессоров Athlon 64 для гнезда Socket 939, а также Opteron для гнезда Socket 940 в целях использования двухъядерных процессоров позволяет пользователям перейти к двухъядерным вычислениям с
минимальными затратами. Как и двухъядерные процессоры Intel, двухъядерные процессоры AMD наилучшим образом подходят для многозадачных систем и запуска многопоточных приложений. И все же поклонникам игр стоит подумать о приобретении самого быстрого одноядерного процессора; что касается AMD, то это самый быстрый процессор Athlon 64 FX.

Модернизация процессора

При создании процессора 486 и более поздних, учитывая необходимость дальнейшего наращивания вычислительных возможностей, Intel разработала стандартные гнезда типа Socket, которые подходят для ряда процессоров. Таким образом, имея системную плату с гнездом типа Socket 3, можно установить в него фактически любой процессор 486, а имея системную плату с гнездом типа Socket 7, - любой процессор Pentium. Эта тенденция продолжается и по сей день, когда большинство системных плат разработаны для поддержки множества процессоров одного семейства (Pentium III/Celeron/III, Athlon/Duron/Athlon XP, Pentium 4/Celeron 4 и т.д.).
Чтобы максимально использовать возможности системной платы, вы можете установить самый быстрый процессор из числа поддерживаемых вашей платой. На рынке представлено огромное количество процессоров для различных гнезд, не говоря уже о напряжении, тактовых частотах и прочем, поэтому необходимо связаться с производителем системной платы и уточнить, поддерживает ли она тот или иной быстродействующий процессор. Как правило, это позволяет определить тип гнезда или разъема системной платы, однако зачастую следует разобраться с параметрами напряжения и системной BIOS.
Например, если ваша системная плата поддерживает процессоры для гнезда Socket 478, можно модернизировать систему, приобретя процессор Pentium 4 с частотой 3,8 ГГц. Прежде чем приобретать новый процессор, следует убедиться, что системная плата поддерживает необходимые напряжение, частоту шины и другие параметры; часто для обеспечения новых процессоров достаточно обновить системную BIOS. Сведения о совместимости, а также новые версии BIOS можно загрузить с Web-сайта компании-производителя системной платы или всей системы в целом.
Внимание!
Выбор замены процессора в дешевых системах формфактора micro-ATX, выпускаемых компаниями наподобие HP, будет существенно ограничен. Системные платы в подобных системах зачастую не рассчитаны на изменение базовой тактовой частоты или напряжения.
Если быстродействующий процессор установить нельзя, обратите внимание на различные переходники сторонних компаний, позволяющие установить процессоры Socket 478 в системные платы Socket 423, процессоры Socket 370 - в платы Slot 1 и т.д. Рекомендуется приобретать процессор сразу вместе с переходником в таких компаниях, как Evergreen или PowerLeap.
Замена процессора может иногда удвоить эффективность системы. Во многих случаях придется полностью заменить системную плату, чтобы установить процессор Pentium 4, Athlon XP или Athlon 64. Если ваш корпус не какой-то особенный и в него можно установить стандартную системную плату ATX, рекомендую заменить системную плату и процессор, а не пытаться найти процессор, который будет работать с вашей платой.
Модернизация процессора в некоторых ситуациях позволяет удвоить быстродействие системы. Однако, если у вас уже есть самый быстрый из процессоров, которые можно установить в определенное гнездо, необходимо рассмотреть и другие варианты. В частности, можно подумать о полной замене системной платы, что позволит установить более современный процессор, например Pentium 4, Athlon XP или Athlon 64. Если вы не используете системы собственной разработки крупных компаний и ваша система оснащена стандартной платой и блоком питания ATX, рекомендую модернизировать сразу системную плату и процессор, а не просто менять процессор на более скоростную модель.

Процессоры OverDrive

Одно время Intel активно продвигала идею процессоров OverDrive. Часто это были несколько иначе упакованные версии стандартных процессоров, порой поставляемые вместе с необходимыми регуляторами напряжения и вентиляторами. К счастью, стоимость подобных процессоров, как правило, была слишком высока, особенно по сравнению с затратами на приобретение совершенно новых системной платы и процессора. В связи с недостаточно высоким спросом через некоторое время Intel прекратила выпуск подобных процессоров. Я настоятельно не рекомендую вам приобретать процессоры OverDrive и решения для модернизации от сторонних компаний, если нет крайней необходимости повысить быстродействие очень старой системы.

Тестирование быстродействия процессора

Пользователей всегда интересует, насколько “быстрый” у них компьютер. Чтобы удовлетворить их любопытство, разработаны различные программы тестирования (для измерения разных параметров эффективности системы и процессора). Хотя ни одно число не может полностью отобразить эффективность такого сложного устройства, как процессор или весь компьютер, тесты могут быть полезны при сравнении различных компонентов и систем.
Единственно верный и точный способ измерить эффективность системы - проверить ее в работе с приложениями. На производительность одного компонента системы зачастую оказывают влияние другие ее компоненты. Нельзя получить точных цифр, сравнивая системы, которые имеют не только разные процессоры, но и разные объемы или типы памяти, жесткие диски, видеоадаптеры и пр. Все это влияет на результаты испытаний, и получаемые значения могут существенно отличаться от истинных, если тестирование проводилось неправильно.
Тесты бывают двух видов: тесты компонентов, измеряющие эффективность специфических частей компьютерной системы, таких, как процессор, жесткий диск, видеоадаптер или накопитель CD-ROM, и тесты системы, измеряющие эффективность всей компьютерной системы, которая выполняет данное приложение или данный набор тестовых программ.
Тесты чаще всего выдают только один вид информации. Лучше всего проверить систему, используя собственный набор операционных систем и приложений.
Есть компании, которые специализируются на программах тестирования. Эти компании, а также разработанные ими тесты перечислены ниже.
Компания Программы-тесты Тип теста
Система Трехмерная графика
Долговечность батареи для портативных компьютеров
Интегральные вычисления
Вычисления с плавающей запятой
Система, оперативная память, процессор, мультимедиа
Причины неисправности процессоров
Процессоры, как правило, чрезвычайно надежны, и чаще всего проблемы в работе компьютера возникают по вине других устройств. Но, если вы уверены, что причина кроется в процессоре, воспользуйтесь нашими советами, которые помогут решить эту проблему. Самым простым решением является замена микропроцессора другим, заведомо исправным процессором. Если таким образом удалось решить проблему, значит, замененный процессор был неисправен; если нет - причина кроется в чем-то другом.
Перечень наиболее часто возникающих проблем и способы их решений приведены в табл. 3.57.
Причины неисправности процессоров 239
Futuremark (ранее MadOnion.com)
SysMark

PCMark Pro

3DMark
Business Applications Performance
MobileMark
Corporation (BAPCo)

Standard Performance
SPECint
Evaluation Corporation
SPECfp
SiSoftware
Sandra

Система не отзывается, нет курсора и звукового сигнала, не работает вентилятор
Система не отзывается, нет звукового сигнала или ‘‘зависает’’ перед началом тестирования POST Система подает звуковые сигналы, вентилятор работает, на экране нет курсора
Система ‘‘зависает’’ во время выполнения или сразу же после тестирования POST
Неправильная идентификация процессора во время тестирования POST
Операционная система не загружается
Приложения не инсталлируются и не работают
Система работает, но изображения на экране монитора нет
Неисправен шнур питания
Неисправен блок питания Неисправна системная плата
Неисправны модули памяти
Компоненты системы не
установлены или установлены
некорректно
Неправильно установлен или
неисправен видеоадаптер
Недостаточный отвод тепла
Неправильно установлено напряжение
Неправильно установлена частота шины системной платы Неправильно установлен множитель тактовой частоты Устаревшая BIOS
Неправильная конфигурация платы
Недостаточный отвод тепла
Неправильно установлено напряжение
Неправильно установлена частота шины системной платы Неправильно установлен множитель тактовой частоты Устаревшие драйверы или несовместимое аппаратное обеспечение Монитор выключен или неисправен
Подключите к сети или замените шнур питания. Однако внешний осмотр не всегда позволит определить исправность сетевого шнура Замените блок питания заведомо исправным Замените системную плату другой, заведомо исправной
Извлеките все модули памяти, кроме одного, и протестируйте еще раз. Если система не загружается, замените этот модуль Проверьте все периферийные устройства, особенно память и видеоадаптер. Проверьте гнезда и разъемы компонентов Переустановите или замените видеоадаптер заведомо исправным
Проверьте теплоотвод/вентилятор
процессора; при необходимости замените его
более мощным
Установите напряжение системной платы в
соответствии с напряжением ядра процессора
Установите соответствующую частоту
системной платы
Переключите системную плату на
соответствующее значение множителя
Обновите BIOS
Проверьте положение перемычек системной платы в соответствии с параметрами шины и множителя
Проверьте вентилятор процессора; при необходимости замените его более мощным Установите напряжение системной платы в соответствии с напряжением ядра процессора Установите соответствующую частоту системной платы Переключите системную плату на соответствующее значение множителя Обновите драйверы и проверьте совместимость компонентов
Проверьте монитор и подачу питания. Попробуйте заменить монитор заведомо исправным
Если во время выполнения POST (тестирования при включении питания) процессор распознается неправильно, это связано в первую очередь с неверными параметрами системной платы или устаревшей версией BIOS. Проверьте правильность установки соответствующих перемычек системной платы и конфигурацию существующего процессора. Также убедитесь, что версия BIOS соответствует конкретной системной плате.
Когда вам кажется, что после прогревания система начинает работать некорректно, попробуйте установить более низкую частоту процессора. Если проблема при этом исчезает, следовательно, процессор был “разогнан” или неисправен.
Большинство аппаратных проблем в действительности являются скрытыми проблемами программного обеспечения. Убедитесь в том, что в системе установлены последние версии драйверов периферийных устройств и наиболее подходящая для системной платы версия BIOS. Это же относится и к используемой операционной системе - в самых последних версиях обычно содержится меньше ошибок.