Metode de Depistare a Defectelor Procesoarelor

INTRODUCERE

Creierul sau motorul unui sistem PC este procesorul sau unitatea centrală de procesare (CPU – Central Processing Unit).

Intel este firma care a inventat procesorul și la lansat pe piață pe primul la sfârșitul anilor 70. Compania Intel a fost fondată în 18 iulie 1968 de Robert Noyce, Cordon Moore și Andrew Grove.

Obiectul lor este să realizeze memorii semiconductoare practice și ieftine. La acea dată, asemenea memorii nu se găseau.

Evoluția procesoarelor: în 1970 Intel era cunoscută drept o companie producătoare de cipuri de memorie; în 1985 apare procesorul Intel 386 la 32 biți 275.000 tranzistoare ; în 1989 procesorul Intel 486 avea 1,2 mil tranzistoare (primul coprocesor matematic încorporat) ; în 1993 apare primul procesor din familia P5 (586) numit Pentium; primul processor din familia P6 (686) este Pentium Pro 1995; în Mai 1997 apare procesorul Pentium II ; în 1998 Intel a fost prima companie care a integrat memoria CACHE de nivel 2 direct pe cipul procesorului ; în 1999 Intel continuă seria Pentium III ; sfârșitul anului 2000 Intel a lansat Pentium 4, cel mai nou procesor din familia Intel ; primul procesor IA-64 Intel-Architecture de 64 biți ; în 2000 Intel și AMD depășesc bariera de 1GHz, de care mulți se îndoiau că va fi realizat vreodată ; c

Pe parcursul anului 2001 atât AMD cât și Intel continuă să mărească viteza cipurilor lor și să îmbunătățească procesoarele existente Pentium III/Celeron, Pentium 4 și Athlon/Duron.

CAPITOLUL I

PROCESOARELE DIN PRIMA

GENERAȚIE P1 (086)

Prima generație de procesoare este reprezentată de seria de cipuri Intel utilizată în primele PC-uri. IBM creatorul arhitecturii de PC la acea dată a ales procesoarele Intel și cipurile complementare pentru a construi placa de bază a calculatorului personal, stabilind un standard ce urma să se păstreze pentru multe

generații de procesoare ulterioare.

1.1. Procesoarele 8088 și 8086

Intel a lansat în iunie 1978 un procesor nou, revoluționar, numit 8086. Acesta a fost unul din primele cipuri de procesor pe 16 biți de pe piață ; în acea perioadă, practic toate celelalte procesoare erau modele de 8 biți. Procesorul 8086 avea registre interne de 16 biți și putea să ruleze o nouă clasă de soft, care utiliza instrucțiuni de 16 biți. De asemenea, procesorul avea o cale de date externă pe 16 biți, ceea ce înseamna că putea să transforme din memorie 16 biți de date similar.

Magistrala de adrese era pe 20 de biți, ceea ce permitea ca procesorul 8086 să adreseze o memorie de 1 MB. Aceasta constituia o mare deosebire față de majoritatea celorlalte cipuri din acea perioadă, care aveau registre interne de 8 biți, o magistrală externă de date pe 8 biți și o magistrală de adrese pe 16 biți, ce permitea maximum 64 KB de memorie RAM.

Din păcate, majoritatea calculatoarelor personale din acea vreme foloseau procesoare pe 8 biți care rulau sistemul de operare CP/M (Control Program for Microprocesor), pe 8 biți și se montau corespunzător. De asemenea, concepția plăcilor de bază și a unui sistem de memorie în întregime pe 16 biți ar fi foarte costisitoare, făcând ca un asemenea calculator să fie scos din competiție.

Costul era ridicat, deoarece procesorul 8086 avea nevoie de o magistrală de date pe 18 biți în locul celei de 8 biți care era mai ieftină. Sistemele disponibile pe vremea aceea erau sistemele pe 8 biți iar vânzările reduse ale sistemelor 8086 au arătat firmei Intel că utilizatorii nu erau dispuși să plătească pentru performanțele superioare ale unui model integral pe 16 biți. Ca răspuns Intel a lansat o versiune redusă a cipului 8086, numită 8088. Pentru acest procesor s-a renunțat la 8 din cei 16 biți ai magistralei de date, făcând din 8086 un cip pe 8 biți în ceea ce privește intrarea și ieșirea datelor. Totuși, deoarece au fost păstrate intacte registrele interne de 16 biți și magistrala de adrese pe 20 de biți, cipul 8088 rula soft pe 16 biți și putea să adreseze 1 MB de RAM.

Din aceste motive, IBM a ales cipul 8088 pe 8 biți pentru calculatorul original IBM PC. După mai mulți ani firma a fost criticată pentru utilizarea cipului 8088 pe 8 biți în locul cipului 8088 pe 16 biți. Privind în urmă decizia s-a dovedit foarte înțeleaptă. Firma IBM arăta în reclamele sale că noul PC „ are un microprocessor de mare viteză pe 16 biți ’’. Se putea face această afirmație deoarece cipul 8088 continua să ruleze același soft ca și cipul 8086. De fapt toți programatorii considerau că 8088 este un cip pe 16 biți deoarece nu exista practic nici o metodă prin care un program să distingă un 8088 de un 8086. Aceasta a permis firmei IBM să ofere un PC capabil să ruleze o nouă generație de soft pe 16 biți menținându-l mult mai ieftin pe cel de 8 biți. Din acest motiv la apariția sa prețul calculatorului IBM PC a mai scăzut decât al celui mai răspândit calculator personal la acea dată Apple II. IBM costa 4.265 $ și avea numai 16 KB de memorie RAM, în timp ce un Apple II cu configurație similară costa 1355 $.

Deși cipul 8088 a fost lansat în iunie1979 calculatorul IBM PC original care îl foloseau nu a apărut decât în august 1981. În acea perioadă exista adeseori un decalaj important de timp în lansarea unui nou procesor și apariția sistemelor care să îl încorporeaze. Acest lucru este puțin probabil în prezent când noile procesoare și sistemele care le folosesc sunt lansate adeseori, aceeași zi.

Cipul 8088 din calculatorul IBM PC funcționa la 4,77 MHz; o instrucțiune medie necesita cicluri pentru a fi executată de 8088.

1.2. Procesoarele 80186 și 80188

După ce a produs cipurile 8086 și 8088 Intel a creat versiuni ale acestora în care unele dintre componentele complementare necesare erau integrate în procesor.

Raportul dintre cipurile 80186 și 80188 este același ca între 8086 și 8088: este o esență, o versiune cu interfață pe 8 biți a cipului 80186. Avantajul procesoarelor 80186 și 80188 este acela că ele includ pe un singur cip 15 până la 20 de componente de sistem ale seturilor. 8086-8088 au fost folosite în proiectarea plăcilor adaptate pentru periferice foarte inteligente din perioada respectivă, cum sunt adaptoarele de rețea.

CAPITOLUL II

PROCESOARELE DIN GENERAȚIA

A DOUA P2 (286)

A doua generație de procesoare pentru PC a însemnat un salt important în ceea ce privește viteza calculatoarelor și eficiența de procesare. Odatã cu aceste cipuri am trecut de la deplasarea simultanã a 8 biți la 16 biți simultan. Secțiunea ce urmeazã prezintã în detaliu procesorul de PC din generația a doua – cipul 286.

2.1. Procesoarele 286

Procesoarele Intel 286 nu a avut probleme de compatibilitate care au marcat procesoarele 80186 și 80188. Cipul 286 lansat în 1981 este procesorul calculatorului original IBM AT. Alți fabricanți de calculatoare au produs sisteme ce au ajuns cunoscute sub numele de clone IBM, mulți numindu-și produsele sisteme compatibile AT sau de clasã AT.

Când IBM a realizat modelul AT a fost preferat cipul 286 ca bazã pentru noul sistem, deoarece asigura compatibilitatea cu cipul 8088, utilizat în sistemele PC și XT. În consecințã programele scrise pentru acele cipuri rulau și pe 286. Cipul 286 este de multe ori mai rapid decât cipul 8088 folosit în modelul XT și a produs o creștere importantã a performanțelor calculatoarelor PC utilizate în afaceri. Viteza de procesare sau de transfer a sistemulul original AT funcționând la 6 MHz este de 5 ori mai mare decât cea a sistemului PC la 4,77 MHz.

Sistemele 286 sunt mai rapide decât procesoarele lor din mai multe motive. Motivul principal este cã procesoarele 286 sunt mult mai eficiente în executarea instrucțiunilor Procesoarelor 8086 și 8088 executã o instrucțiune medie în 12 perioade de tact iar cipurile 286 în medie de 4,5 perioade. În plus cipul 286 poate transfera pânã la 16 biți de date în același timp pe o magistralã externã care este de douã ori mai mare decât cea a procesorului 8088.

O perfecțiune importantã a procesorului 386 în comparație cu 286 este aceea cã se poate face comutarea din modul protejat cel real și invers cu ajutorul softului.

CAPITOLUL III

PROCESOARELE DIN GENERAȚIA

A TREIA P3 (386)

Generația a treia reprezintã cea mai importantã schimbare în concepția procesoarelor de la apariția primului PC. Marea îmbunãtãțire a fost trecerea de la procesoarele cu execuția de operație de 16 biți la veritabilele cipuri pe 32 biți. A treia generație de procesoare era atât de avansatã pentru perioada în care a apãrut încât s-au scurs 10 ani întregi pânã când sistemele de operare și softul pe 32 biți au ajuns sã fie predominante, iar atunci cipurile din generația a treia erau deja istorie.

3.1. Procesoarele 386

Procesorul Intel 80386 (386) a însemnat un adevãrat pas înainte în produția sistemelor PC datoritã performanțelor sale substanțial înbunãtãțite. Comparativ cu sistemel 8088 și 286, cipul 386 oferã performanțe superioare în aproape toate privințele. Cipul 386 este un procesor integral de 32 biți optimizat pentru a funcționa la vitezã mare pentru sistemele de operare multitasking. Intel a lansat cipul în 1985 dar 386 a fost inclus în primele sisteme la sfârșitul lui 1986 și începutul lui 1987.

Procesorul 386 poate realiza comutarea între modul real și modul protejat sub control soft fãrã reinițializarea sistemului ceea ce face ca utilizarea modului protejat sã fie mai practicã. În plus 386 are un mod nou de funcționare (virtual real mode), care permite ca mai multe sesiuni în modul real sã ruleze simultan sub modul protejat.

Modul protejat al procesorului 386 este integrat compatibil cu modul protejat al procesorului 286. Modul protejat al ambelor cipuri este numit adesea mod de operare nativ, deoarece aceste cipuri sunt proiectate pentru sisteme de operare evoluate ca Windows NT/2000/XP care lucreazã numai în modul protejat.

Modul virtual de operare al procesorului 386 era de asemenea o noutate. În acest mod de operare, procesorul asigura protecția hard a memoriei în timp ce simula funcționarea în mod real a procesorului 8086. De aceea, mai multe copii ale programului DOS și ale altor sisteme de operare puteau sã refuze simultan fiecare într-o zonã protejatã de memorie. Dacã programele dintr-un segment eșuau, restul sistemului era protejat.

3.2. Procesoarele 386DX

Cipul 386 DX a fost primul cip din failia 386 lansat de Intel. El este un procesor integral de biți, cu registre interne de 32 biți, o magistrală internă de date pe 32 de biți și o magistrală esternă de date pe 32 de biți. Cipul conținea 275.000 de tranzistoare într-un circuit VLSI. Este prezentat într-o capsulă cu 132 de pini, consumul este mai mic decât cel al procesorului 8086. Cipul este mai redus deoarece este realizat în tehnologia CMOS. Componentele CMOS permit ca sispozitivele să aibă un consum extrem de mic.

Cipurile 386 de la firma Intel lucrau în domeniul de frecvențe de la 16 la 32 MHz pentru alți producători, în special AMD și Cyrix, au oferit versiuni compatibile care funcționau până la 40 MHz.

Cipul 386DX poate adresa până la 4 GB de memorie fizică. Unitatea sa încorporează administrare a memoriei virtuale, ceea ce permite softului să utilizeze memorii foarte mari, să acționeze ca și cum sistemul ar avea 64 de teraocteți de memorie ceea ce reprezintă 1.099.511.627.776 de octeți de memorie, adică aproape 1.000 GB.

3.3. Procesoarele 386SX

Procesoarele 386SX au fost concepute pentru a fi folosite de către proiectanții de sisteme, pentru facilitățile de 386 la prețuri de 286. Ca și cipul 286, 386SX poate comunica doar pe 16 biți cu celelalte componente ale sistemului, cum este memorie. Structura sa internă este identică cu cea a cipului 386DX . Procesoarele 386SX utilizează o schemă de adresare a memoriei pe 24 de biți ceea ce se aseamănă mai mult cu cea folosită de cipul 286 decât cu magistrala pentru adresarea memoriei integral pe 32 de biți a procesorului standard 386. De aceea, cipul 386SX poate adresa maxim 16 MB de memorie fizică, în comparație cu cei 4 GB de memorie fizică pe care îi poate adresa 386ele 386DX

Cipul 386 DX a fost primul cip din failia 386 lansat de Intel. El este un procesor integral de biți, cu registre interne de 32 biți, o magistrală internă de date pe 32 de biți și o magistrală esternă de date pe 32 de biți. Cipul conținea 275.000 de tranzistoare într-un circuit VLSI. Este prezentat într-o capsulă cu 132 de pini, consumul este mai mic decât cel al procesorului 8086. Cipul este mai redus deoarece este realizat în tehnologia CMOS. Componentele CMOS permit ca sispozitivele să aibă un consum extrem de mic.

Cipurile 386 de la firma Intel lucrau în domeniul de frecvențe de la 16 la 32 MHz pentru alți producători, în special AMD și Cyrix, au oferit versiuni compatibile care funcționau până la 40 MHz.

Cipul 386DX poate adresa până la 4 GB de memorie fizică. Unitatea sa încorporează administrare a memoriei virtuale, ceea ce permite softului să utilizeze memorii foarte mari, să acționeze ca și cum sistemul ar avea 64 de teraocteți de memorie ceea ce reprezintă 1.099.511.627.776 de octeți de memorie, adică aproape 1.000 GB.

3.3. Procesoarele 386SX

Procesoarele 386SX au fost concepute pentru a fi folosite de către proiectanții de sisteme, pentru facilitățile de 386 la prețuri de 286. Ca și cipul 286, 386SX poate comunica doar pe 16 biți cu celelalte componente ale sistemului, cum este memorie. Structura sa internă este identică cu cea a cipului 386DX . Procesoarele 386SX utilizează o schemă de adresare a memoriei pe 24 de biți ceea ce se aseamănă mai mult cu cea folosită de cipul 286 decât cu magistrala pentru adresarea memoriei integral pe 32 de biți a procesorului standard 386. De aceea, cipul 386SX poate adresa maxim 16 MB de memorie fizică, în comparație cu cei 4 GB de memorie fizică pe care îi poate adresa 386DX. Înainte de a fi scoase din fabricație, procesoarele 386SX erau disponibile în gama de frecvențe de tact de la 16 la 33 MHz.

Apariția procesorului 386X a însemnat sfârșitul lui 286 datorită unității sala MMU support și a includerii modulului de operare real virtual. Sub controlul unui soft de administrare ca Windows sau OS/2, sistemul 386SX poate rula numai numeroase programme DOS în același timp. Capacitatea sa de a rula soft specific procesorului 386 este un alt avantaj important al sistemelor 386SX în comparație cu 286 sau alte procesoare mai vechi. De exemplu, Windows 3.1 rulează aproape la fel de bine, 386SX ca și pe 386DX.

3.4. Procesoarele 386SL

O altă variantă de cip 386 este 386SL. Acest CPU de consum mic, avea aceleași performanțe ca și cipul 386SX, dar era proiectat pentru sistemele laptop, în care era necesară reducerea consumului de energie. Cipurile SL ofereau facilități speciale de gestionare a consumului de energie, care era important pentru sistemele de alimentare de la baterii. Cipul SL oferea, de asemenea, mai multe moduri de funcționare cu economie de energie (sleep modes).

Cipul beneficia de o arhitectură extinsă care includea un sistem de administrare a întreruperii, ce permitea utilizarea facilității de gestionarea alimentării. În cipul SL erau de asemenea incluse funcții de memorie expandată LIM un controller de memorie cache. Controllerul era proiectat să lucreze cu 16 până la 64 biți memorie cache externă.

Datorită acestor funcții suplimentare, cipurile SL au un număr mai mare de tranzistori (855.000) în comparație chiar și cu cipurile 386DX (275.000). Procesorul 386 funcționează la freccvența de tact de 25 MHz.

Intel a oferit un cip asociat procesorului 386SL pentru laptop, și anume subsistemul de intrare/ieșire 82380SL. Cipul 82360SL include multe funcții de periferice uzuale, cum ar fi porturi seriale și paralele, un controller DMA (Direct Memory Access), un controller de întreprinderi și un circuit logic de administrare a alimentării pentru procesorul 386SL. Utilizarea procesorului împreună cu acest cip constituia o soluție care satisfăcea cerințele de dimensiuni mici și consum redus ale calculatoarelor portabile și laptop.

3.5. Coprocesorul 80387

Deși cipurile 80387 funcționau asincron, sistemele 386 erau astfel proiectate încât cipurile matematice să lucreze la ceeași frecvență cu unitatea CPU principală. Spre deosebire de coprocesorul 80287, care era aproape identic cu cipul 8087, cu excepția configurației pinilor pentru placa de bază AT, coprocesorul 80387 era un cip matematic cu performanțe ridicate, proiectat special să lucreze cu procesorul 386.

Toate cipurile 387 erau realizate în tehnologia CMOS cu consumul redus. Au existat două tipuri de bază de coprocesoare 387 ; coprocesorul 387DX, proiectat să lucreze cu cipul 386DX, și coprocesorul 387SX, pentru sistemele cu procesoare 386SX, SL sau SLC.

La început, Intel a oferit mai multe variante de coprocesoare 387, la diferite frecvențe. Dar atunci când firma a proiectat versiunea la 33 MHz, a apărut necesitatea unei măști mai mici, care să reducă lungimea traseelor de semnal din interiorul cipului. Aceasta a înbunătățit performanțele cipului cu aproximativ 20%.

CAPITOLUL IV

PROCESOARELE DIN GENERAȚIA

A PATRA, P4(486)

Cea de-a treia generație a adus o schimbare de proporții față de generațiile anterioare de procesoare. La a patra generație s-au efectuat mai multe îmbunătățiri de detaliu, nu o reproiectare integrală. Chiar și în aceste condiții Intel, AMD și alte companii au reușit să dubleze literalmente performanțele procesoarelor la a patra generație. Secțiunea ce urmează descrie procesoarele de generație a patra de la Intel, AMD și alte companii.

4.1. Procesoarele 486

În cursa pentru obținerea unor procesoare mai rapide, cipul 80486 (pe scurt 486) a însemnat un alt salt important înainte. Puterea suplimentară pe care o are cipul 486 a generat o uriașă revoluție în soft.

Există patru caracteristici principale care fac ca un procesor 486 dat să fie de două ori mai rapid decât un cip 386 la aceeași frecvență, aceste caracteristici sunt :

Timpul de execuție a unei instrucțiuni. Procesorul 486 execută o instrucțiune în doar câteva perioade de tact, în medie, în timp ce pentru cipul 386, timpul de execuție este în medie peste patru perioade. Versiunile ulterioare, cu multiplicare de tact cum sunt DX2 și DX4 au în continuare acest timp de execuție la circa două perioade pentru o instrucțiune.

Memoria cache internă (de nivel 1). Memoria cache încorporată are un randament de 90 raport care descrie cât de des nu este necesară așteptarea în operațiile de citire. Memoriile externe pot să îmbunătățească și mai mult acest raport.

Ciclurile de memorie burst-mode. Un transfer în memorie pe 32 de biți se face în două perioade de tact. După un transfer standard de 32 de biți, datele ce urmează până la 12 octeți pot fi transferate utilizând un singur ciclu pe 32 de biți. Asfel, un bloc de date de memorie de 16 octeți, continuu și secvențial poate fi transferat în doar 5 perioade de ceas în loc de 8 perioade sau chiar mai mult. Reducerea de timp poate fi chiar mai mare când se fac transferuri de doar 8 sau 16 biți.

Coprocesor matematic îmbunătățit (sincron) încorporat. Coprocesorul matematic funcționează sincron cu procesorul principal și execută instrucțiuni matematice în mai puține cicluri de tact dec modelele anterioare. În medie, coprocesoarele incluse în cipurile DX sunt de două ori mai performante decât coprocesorul extern 387. Cipul 486 este de aproximativ două ori mai rapid decât 386, ceea ce înseamnă că un 386DX-40 este aproximativ la fel de rapid ca un 486SX-20. Acest lucru a făcut ca 486 să reprezinte o alegere mai bună în primul rând că putea fi schimbat ulterior cu ușurință versiune mai nouă, cum ar fi un procesor DX2 sau DX4.

Majoritatea cipurilor 486 au fost oferite la diferite viteze, de la 16 MHz până la 133 MHz plus, procesoarele 486 prezintă unele diferențe în ceea ce privește configurația pinilor. Procesoarele DX, DX2 și SX au practic aceeași configurație, cu 168 de pini, în timp ce procesoarele OverDriver au configurația standard cu 168 pini, sau o configurație specială pentru procesorul OverDriver (numit și 487SX), modificat cu 169 pini.

4.2. Procesoarele 486DX

Primul procesor Intel 486DX a fost lansat la 10 aprilie 1989, iar sistemele echipate cu acest cip au apărut prima dată în cursul anului 1990. Primele cipuri funcționau la o frecvență maximă de 25 MHz; versiunile ulterioare de 486DX au apărut în variante de 33 MHz și 50 MHz. Inițial procesorul 486DX era montat într-o capsulă VGA (Pin Grid Array) cu 168 de pini și alimentat la 5V, dar acum sunt disponibile atât versiuni în capsulă PQFP (Plastc Quad Flat Pack) cu 196 de pini la 5V, cât și în capsulă SQFP (Small Quad Flat Pack) cu 208 pini la 3.3V. Acestea din urmă sunt disponiobile în versiuni SL perfecționate, destinate în primul rând utilizării în calculatoare laptop și portabile, la care economia de energie este esențială.

Procesorul 486 se deosebește de procesoarele mai vechi 286 și 386 prin două caracteristici importante:

– procesorul 486DX integrează în cip funcții cum ar fi coprocesorul matematic, memoria cache și controllerul de memorie cache

– procesorul 486 a fost proiectat în ideea de a putea fi înlocuit ulterior cu versiuni modernizate; cipurile OveDrive cu viteză dublă reprezintă o posibilitate de modernizare ce poate fi folosită la cele mai multe dintre sisteme

Procesorul 486 este fabricat în tehnologia CMOS cu consum redus de energie. Cipul are registrele interne de 32 biți, o magistrală externă de date pe 32 biți și o magistrală de adrese pe 32 biți. Aceste dimensiuni sunt aceleași cu cele ale procesorului 386DX. Mărimea registrelor interne a determinat prezentarea lor în reclame drept procesore ,,pe 32 de biți’’.

Ca și 386DX, procesorul 486 poate adresa 4GB de memorie fizică și poate gestiona 6 teraocteți de memorie virtuală. Cipul 486 funcționează în toate cele trei moduri de operare, procesorul 386: modul real, modul protejat și modul virtual real:

– în modul real procesorul 486 (ca și 386 rulează soft de tip 8086 nemodificat)

– în modul protejat cipul 486 (ca și 386) oferă un sistem sofisticat de paginare a memoriei comutate între programme

– în modul virtual real procesorul 486 (ca și 386) poate rula mai multe copii ale programelor Intel sau ale altor sisteme de operare în timp ce simulează modul real de operare al procesorului 8086. De aceea sub un sistem de operare Windows sau OS/2 pe acest procesor pot apărea simultan atât programe pe 16 biți cât și pe 32 de biți, cu asigurarea protecției hard a memoriei. Dacă un program se blochează, restul sistemului este protejat și veți putea inițializa partea blocată prin diverse mijloace în funcție de sistemul de operare.

Procesoarele din seria 486 au un component matematic încorporat care este numit MCP (Math Coprocessor) sau FPU (Floting Point Unit). Această serie nu seamănă cu cipurile CPU Intel anterioare, care impune adăugarea unui coprocesor matematic în cazul în care ați fi dorit să faceți mai rapid calcule matematice complexe. Unitatea FPU din seria 486DX este 100% compatibilă din punct de vedere al softului cu coprocesorul matematic extern 387, folosit în sistemul 386, dar este de peste două ori mai performantă deoarece lucrează sincron cu procesorul principal și execută majoritatea instrucțiunilor într-un timp de două ori mai scurt decât 386.

4.3. 486SL

Procesorul 486SL a fost un cip singular, cu o viteză scurtă. Îmbunătățirile și caracteristicile SL au devenit disponibile, practic în toate procesoarele 486 (SX, DX și DX2), în așa – numitele versiuni îmbunătățite SL. Aceste îmbunătățiri se referă la o proiectare specială care asigură anumite facilități de reducere a consumului de energie.

Intel a conceput o arhitectură de administrarea a consumului de energie SMM (System Management Mode). Acest mod de funcționare este totat izolat și independent de celelalte componente hard și soft ale unității centrale de procesare. SMM asigură resurse hard, cum ar contoarele de timp (Timers) registrele și alte circuite logice de intrare/ieșire care controlează și întrerup alimentarea celorlalte componente ale calculatorului portabil în mod independent de restul resurselor sistemului. SMM rulează într-o memorie dedicată numita memoria de administrare a sistemului (System Management Memory), care nu este vizibilă și nu interferează cu sistemul de operare sau cu softul de aplicații. SMM are alocata o întrerupere numită întrerupere de administrare a sistsemulu (SMI – System Menegement Interrupt), care semnalizează evenimentele legate de consumul de energie și este independentă și prioritară față de orice altă întrerupere.

SMM permite o gestionare flexibilă și sigură a alimentării care nu exista la modelele anterioare. De exemplu, când un program de aplicație încearcă să acceseze un dispozitiv periferic căruia i s-a întrerupt alimentarea în scopul protejării bateriilor, este generat un semnal de întrerupere SMI care realimentează respectivul dispozitiv și executa din nou automat, instrucțiunea I/O.

De asemenea, Intel a prevăzut pentru procesorul sau SL o facilitate numită suspendare/repornire (Suspend/Resume). Producătorul de sisteme poate utiliza această facilitate ca să asigure utilizatorilor de calculatoare portabile posibilitatea de oprire și repornire rapidă. Un sistem SL poate, în general să repornească din starea de suspendare într-o secundă și să revină exact în starea anterioară suspendării. Nu va trebui să reinițializați, să reîncărcați sistemul de operare și programul de aplicație, apoi datele aplicației. Apăsați doar butonul de suspendare/repornire și sistemul va fi gata să-și continue funcționare.

Unitatea CPU în varianta SL este proiectată astfe încât să nu consume aproape nimic in starea de suspendare. Această calitate face ca sistemul să poată rămâne ,,suspendat’’ chiar și săptămâni întregi și să repornească instantaneu revenind exact în starea în care a fost lăsat. În timp ce este în starea de suspendare, un sistem își păstrează datele cu care lucrează în memoria normală RAM în condiții de siguranță dar este mai prudent să le salvați pe hard-disc.

4.4. 486SX

Procesorul 486SX, lansat în aprilie 1991, a fost conceput ca versiune mai ieftină de 486. Cipul 486SX este practic identic cu procesorul complet DX, dar nu include unitatea de calcul în virgulă mobilă (FPU sau coprocesorul matematic).

Cipul 486SX este mai degrabă o ,,șmecherie’’ pentru piață, decât o nouă tehnologie. Primele versiuni de 486SX erau de fapt cipuri DX cu deficiențe în secțiunea coprocesorului matematic în loc să fie aruncate, cipurile erau pur și simplu încapsulate cu secțiunea FPU dezactivă și astfel vândute drept 486SX. Această soluție a durat puțin ; după aceea, cipurile SX au dobândit o mască proprie, diferită de masca cipului DX. (Masca este matrița fotografică a procesorului și servește în realizarea căilor interne de semnal în interiorul cipului de silicon). Cu această nouă mască, numărul tranzistoarelor a scăzut la 1,185 milioane (de la 1,2 milioane).

Procesorul 486SX era disponibil la frecvențele maxime garantate de 16, 20, 25 și 33 Mhz, dar exista și 486 SX/2 care funcționa până la 50 sau 66 MHz. Cipul 486SX se livrează in mod normal într-o versiune cu 168 de pini, deși există și versiuni pentru montarea pe suprafață a modelelor SL îmbunătățite.

4.5. 487SX

Coprocesorul matematic 487SX, așa cum îl numește Intel, este de fapt un procesor 486DX complet la 25 MHz, având un pin suplimentar și câteva schimbări și în configurația pinilor. Când cipul 487SX se introduce în soclul suplimentar, cu care este prevăzut un sistem bazat pe procesorul 486SX el dezactivează procesorul 486SX existent, prin intermediul unui nou semnal prezentând unul dintre pini. Pinul cheie suplimentar nu are de fapt semnal, ci are doar rolul de a împiedica montarea greșită a cipului.

Procesorul 487SX preia toate funcțiile specifice unității de procesare a cipului 486SX și asigură în plus funcțiile unui coprocesor matematic. La o primă vedere, această configurație pare ciudată dar inutilă, de aceea poate că mai sunt necesare explicații. Din fericire, 487SX s-a dovedit a fi doar o soluție provizorie care a permis firmei Intel să pregătească adevărata sa surpriză: procesorul OverDrive. Cipurile DX2/OverDrive cu dublarea frecvenței, proiectate pentru soclul cu 169 de pini al cipului 487SX, au aceeași configurație a pinilor ca 487SX. Aceste noi versiuni de cipuri se instalează la fel ca 487Sx; de aceea, orice sistem care admite cipul 487SX admite și cipurile DX2/OverDrive.

4.6. Procesoarele DX2/OverDrive și DX4

La 3 martie 1992 Intel a lansat procesoarele DX2 cu frecvența ceasului dublată. La 26 martie 1992, firma a anunțat că este disponibilă pentru comercializarea cu amănuntul o variantă de DX2 numită OverDrive. Inițial, versiunile OverDrive ale procesorului DX2 se produceau numai pe varianta cu 169 de pini, ceea ce înseamnă că puteau fi introduse doar în sistemele 486SX prevazute cu socluri care admiteau această configurație modificată a pinilor.

La 14 septembrie 1992, Intel a lansat varianta OverDrive cu 168 de pini, pentru modernizarea sistemelor 486DX. Aceste procesoare puteau fi introduse în sistemele 186 (SX sau DX) existente, pentru modernizarea acestora, chiar dacă sistemele respective nu erau compatibile cu configurația cu 169 de pini. Dacă doriți să folosiți acest procesor pentru modernizare, nu trebuie decât să instalați noul cip în sistemul dumneavoastră, care va fi apoi de două ori mai rapid.

Procesoarele DX2/OvedDrive funcționează în interior cu un semnal de tact de frecvență în interior cu un semnal de tact de frecvență dublă, față de cea a sistemului gazdă. De exemplu, dacă tactul plăcii de bază este de 25 MHz, cipul DX2/OverDrive va funcționa în interior la 50 MHz; în mod analog dacă aveți un model de placă de bază la 33 MHz, cipul DX2/OverDrive funcționează la 66 MHz. Dublarea frecvenței de lucru a procesorului DX/2OverDrive nu influențează restul sistemului; toate componentel plăcii de bază funcționează în același fel ca și cu un procesor 486 obișnuit. Deci ca să introduceți cipul de frecvență dublă nu este necesar să înlocuiți alte componente (cum ar fi memoria). Cipurile DX2OverDrive au fost disponibile la diferite frecvențe. Au fost oferite trei variante de procesoare care funcționau la diferite frecvențe și anume:

DX2/OverDrive la 40 MHz pentru sisteme la 16 sau 20 MHz

DX2/OverDrive la 50 MHz pentru sisteme la 25 MHz

DX2/OverDrive la 66 MHz pentru sisteme la 25 MHz

Rețineți că acestea sunt valorile maxime ale frecvenței la care poate funcționa. Puteți folosi fără probleme un cip garantat la 66 MHz într-un sistem care are nevoie de unul de 50 sau 40 MHz, exact dublul frecvenței de tact a plăcii de bază. De exemplu, când instalați un cip DX2/OverDrove la 40 MHz într-un sistem 486SX la 16 MHz, cipul va funcționa la numai 32 MHz, exact dublul frecvenței plăcii de bază. La început, Intel a declarat că nu vor fi produse cipuri DX2/OverDrive de 100 MHz pentru sistemele de 50 MHz, ceea ce s-a dovedit a nu fi adevărat din punct de vedere tehnic, deoarece procesorul DX4 putea fi făcut să funcționeze cu dublarea tactului și utilizat cu plăci de bază care operau la 50 MHz.

Singura componentă a cipului DX2 care nu lansează la frecvență dublă este unitatea de interfață cu magistrala (bus interface unit), o zonă a cipului care gestionează operațiile de intrare/ieșire între CPU și mediul exterior. Prin conversia între frecvența de tact internă și cea externă, care diferă între ele, unitatea de interfață cu magistrala face ca dublarea frecvenței de ceas să fie transparentă pentru restul sistemului. Astfel, cipul DX2 se compară față de restul sistemului ca un cip obișnuit 486DX, care însă execută instrucțiunile de două ori mai rapid.

Procesoarele DX2/OverDrive au trasee de 0,8 microni fiind realizate într-o tehnologie ce a fost utilizată pentru prima oară la cipul 486DX de 50 MHz. DX2 conțione 1,1 milioane de tranzistoare, în trei straturi. Memoria cache internă de 8 KB, unitățile de calcul cu numere întregi și cele în virgulă mobilă funcționează la frecvența dublă de tact. Comunicare externă cu restul calculatorului se face la frecvența normală, pentru asigurarea compatibilității.

Pe lângă modernizarea sistemelor existente, cea mai valoroasă calitate a conceptului de procesor DX2 a fost aceea că a permis proiectanților să realizeze sisteme foarte rapide folosind modele mai ieftine de plăci de bază, în locul unora foarte costicitoare, care să funcționeze la frecvență mare. Cu alte cuvinte, un sistem 486DX2 la 50 MHz era mult mai puțin costisitor decât un sistem 468DX care lucra direct la frecvența reală de 50 MHz. În sistemul cu 486DX-50, placa de bază lucrează la frecvența reală de 50 MHz. Unitatea CPU 486DX2 dintr-un sistem 486DX2-50 funcționează intern la 50 MHz, iar placa de bază operează la doar 25 MHz.

4.7. Procesoare Pentium OverDrive pentru sisteme 486SX și DX2mobilulalcul cu numere cacheare, e de 0,8 micronifiind

Procesorul Pentium OverDrive a apărut în 1995. Fusese planificat un cip OverDrive pentru sistemele 486DX4, dar rezultatele slabe de pe piață ale cipurilor SX2/DX2 au făcut ca acesta să nu vadă niciodată lumina zilei. Ceea ce trebuie reținut despre cipul 486 Pentrium OverDrive este fapt că deși a fost gândit în principipal pentru sistemele SX2 și DX2, el funcționează în orice sistem 486SX sau DX care este prevăzut cu Socket 2 sau Socket 3. În caz că aveți dubii în ceea ce privește compatibilitatea, consultați ghidul de modernizare on-line Intel.

Procesorul OverDrive este destinat sistemelor al căror soclu pentru procesor respectă specificația Intel pentru Sicket 2. Acest procesor funcționează și în sistemele cu Socket 3, dar este necesar să vă asigurați că tensiunea este configurată la 5 V în loc de 3,3 V. Cipul Pentrium OverDrive include o memorie cache internă de nivel 1 de 32 KB și are aceeași arhitectură superscalară (cu mai multe căi pentru instrucțiuni) ca și cipul Pentrium propriu-zise. În afară de partea centrală Pentium pe 32 de biți, aceste procesoare sunt caracterizate prin funcționarea la frecvențe de tact mărite datorită multiplicării interne a frecvenței de tact, și încorporează o memorie cache internă write-back (standard pentru procesoarele Pentium). Dacă placa de bază este compatibilă cu funcționarea memoriei cache write-back, se vor obține performanțe îmbunătățite. Din păcate, majoritatea plăcilor de bază, în special modelele mai vechi cu Socket 2, nu sunt compatibile decât cu memoria cache write-trought.

Majoritatea testelor la care au fost supuse aceste cipuri OverDrive arată că elel depășesc cu puțin cipurile DX4-100 și se situeaza în urma procesoarelor DX4-120 și a procesoarelor Pentium 60, 66 sau 75. Având în vedere faptul că, în prezent, sistemele Pentium ,,adevărate’’ (din perioada lor de glorie) sunt relativ accesibile, este greu de justificat reținerea de a face pasul către un sistem Pentium.

4.8. AMD (5×86)

Firma AMD a realizat o linie de cipuri compatibile 486, care pot fi instalate în plăcile de bază standard 486. De fapt, AMD produce cel mai rapid procesor 486 care există, numit AM5x86(TM)-P75. Această denumire induce oarecum în eroare, deoarece caracterele 5×86 sugerează că este vorba de un procesor din generația a 5-a, de tip Pentium. În realitate, este un procesor 486 cu factor mare de multiplicare (de 4 ori frecvența tact), care funcționează la o frecvență de 4 ori mai mare decât cea de 33 MHz a plăcii de bază de 486 în care este instalat.

Procesorul 5×86 oferă caracteristici de înaltă performanță, cum sunt memoria cache unificată write back de 16 KB și o frecvența internă de tact de 133 MHz ; este aproximativ compatibil cu un Pentium 75. motiv pentru care indicativul său are sufixul P-75. Este alegerea ideală pentru modernizarea rentabilă a unui sistem 486, la care schimbarea plăcii de bază este dificilă sau imposibilă.

Nu toate plăcile de bază 486 sunt compatibile cu procesorul 5×86. cea mai bună metodă de a verifica dacă placa dumneavoastră de bază este compatibilă cu acest cip este să consultați documentația furnizată o dată cu placa. Căutați cuvinte cheie ca : ,,Am5x86’’, ,,AMD-X5’’.

Rețineți următoarele aspecte dacă instalați un procesor 5×86 într-o placa de bază 486 :

1. Tensiunea de funcționare a procesorului 5×86 este de 3,45 =/-0,15 v. Nu toate plăcile de bază permit această configurare dar majoritatea modelelor prevăzute cu Socket 3 ar trebui să nu creeze probleme. Dacă placa dumneavoastră de bază este un model de 486 cu Socket 1 sau 2, nu puteți folosi direct procesorul 5×86. procesorul de 3,45 V nu va funcționa în soclul de 5 V și se poate deteriora. Pentru a converti o placă de bază de 5 V la 3,45 V, pot fi procurate procesoare cu adaptoare, de la diverse firme, cum sunt Kingston și Evergreen. Ambele companii vând procesorul 5×86 împreună cu un adaptor regulator de tensiune, într-un pachet ușor de instalat. Aceste versiuni sunt ideale pentru plăcile de bază 486 mai vechi, care nu sunt prevăzute cu Socket 3.

2. În general, este mai bine să cumpărați o placă de bază, un procesor și RAM – toate noi – decât să cumpărați un asemenea adaptor. Cumpărarea unei plăci de bază este de preferat untilizării unui adaptor și pentru că BIOS-ul mai vechi ar putea să nu înțeleagă cerințele procesorului în ceea ce privește viteza. Adeseori, plăcile mai vechi necesită actualizări ale programului BIOS.

3. Majoritatea plăcilor de bază cu Socket 3 au jumpere care permit selectarea manuală a tensiunii. Unele plăci de bază nu au jumpere, dar permit auto-detectarea tensiunii de alimentare. Acest sistem verifică pinul VOLDET (pinul S4) al microprocesorului la pornirea sistemului.

4. Pinul VOLDET este legat la masă (Vss) în interiorul microprocesorului. Dacă nu găsiți nici un jumper pentru selectarea tensiunii, puteți verifica placa de bază astfel : opriți calculatorul, scoateți microprocesorul, legați pinul S4 la un pin Vss în soclul ZIF și verificați un pin VCC cu voltmetrul. Aici ar trebui să găsiți 3,45 (=/- 0,15 ) V.

5. Procesorul 5×86 necesită o frecvență a plăcii de bază de 33 MHz, deci asigurați-vă că placa este configurată pentru această frecvență. Cipul 5×86 funcționează la o frecvență internă de 133 MHz. De aceea, jumperele trebuie configurate în poziția ,,clock-quadrupled’’ sau ,,4x clock’’. În cazul conectării corecte pe placa de bază, pinul CLUKMUL (pinul R17) al procesorului va fi conectat la masă (Vss). Dacă nu există parametrul de configurare 4x, trebuie să funcționeze configurarea standard DX2. 2x.

6. Unele plăci de bază au jumpere care configurează memoria cache internă în modul write-back (WB), fie în modul writw-tought (WT). Aceasta se face prin legarea pinului WB/WT al microprocesorului la 1 logic (Vcc) pentru WB sau la masă (Vss) pentru WT.

7. Procesorul 5×86 se încălzește puternic, astfelcă este necesar un radiator. În mod normal, procesorul trebuie să fie prevăzut cu un ventilator.

În afară de 5×86, linia de produse AMD Enhanced 486 cuprinde procesoare 80 MHz, 100 MHz și 120 MHz. Acestea au indicativele : S80486DX2-80SV8B (40 MHz x 3), A80486DX4-100SV8B (33 MHz x 3) și A80486DX4-120SV8B (40 MHz x 3).

4.9. Cyrix/Tl 486

Procesoarele Cyrix 486DX2/DX4 au fost produse în versiunile de 100 MHz, 80 MHz, 75 MHz, 66 MHz și 50MHz. Ca și cipurile AMD 486, versiunile Cyrix sunt integral compatibile cu procesoarele 486 ale firmei Intel și funcționează în majoritatea plăcilor de bază 486.

Procesorul Cx486DX2/DX4 încorporează o memorie cache write-back de 8 KB, o unitate integrată de calcul în virgulă mobilă, gestionează avansată a consumului și SMM și a fost disponibilă în versiunile de 3,3 V.

CAPITOLUL V

PROCESOARELE DIN GENERAȚIA

A CINCEA P5 (586)

După cipurile din generația a patra, ca 486, Intel și ceilalți producători de cipuri s-au întors cu planșete pentru a realiza arhitecturi și caracteristici noi, pe care le-au încorporat în ceea ce au numit cipuri de generația a cincea. Secțiunea ce urmează descrie procesoarele din generația a cincea generație de producători Intel, AMD și alți producători.

5.1. Procesoarele Pentium

La 19 octombrie 1992, Intel a anunțat că a cincea generație a liniei sale de microprocesoare compatibile (cu numele de cod P5) se va numi Pentium, în loc de 586, cum era de presupus. Astfel a fost normal ca noul cip să se numească 586. Cipul Pentium a fost efectiv lansat pe 22 martie 1993. Sistemele care utilizează aceste cipuri au apărut cu numai câteva luni mai târziu.

Procesoarele Pentium sunt total compatibile cu procesoarele Intel precedente, dar în același timp, se deosebesc de ele în multe privințe. Există cel puțin o deosebire revoluționară: procesorul Pentium este prevăzut cu canale (pipeline) duble de date, ceea ce îi permite să execute două instrucțiuni în același timp. Procesorul 486 și toate celelalte cipuri precedente pot executa o singură instrucțiune la un moment dat. Capacitatea de a executa două instrucțiuni simultan este denumită de Intel tehnologie superscalară. Această tehnologie asigură performanțe suplimentare față de procesorul 486.

Datorită tehnologiei superscalare, procesorul Pentium poate executa multe instrucțiuni la o rată de două instrucțiuni pe ciclu. De obicei, arhitectura superscalară este asociată cu cipurile de mare randament RISC (Reduced Instruction Set Computer). Pentium este unul din primele cipuri CISC (Complex Instruction Set Computer) care pot fi considerate superscalare. Un Pentium echivalează aproape cu două procesoare 486. Tabelul următor prezintă caracteristicile procesorului Pentium.

Caracteristicile procesorului Pentium

Cele două canale pentru executarea instrucțiunilor, din interiorul cipului, se numesc canale u și v. Canalul u, este canalul principal, poate executa toate instrucțiunile de calcul cu numere întregi și în virgulă mobilă. Canalul v este canalul secundar și poate executa numai instrucțiuni simple de calcul cu numere întregi și unele instrucțiuni de calcul în virgulă mobilă. Procesul prin care se execută două instrucțiuni simultan pe canale diferite se numește pairing (în pereche). Nu toate instrucțiunile secvențiale se pot executa în pereche î în astfel de cazuri este utilizat de canalul u. Pentru mărirea eficienței procesorului Pentium se poate recompila softul pentru a permite mai multor instrucțiuni să fie executate în pereche.

Procesorul Pentium este prevăzut cu un modul numit BTB (branch Target Buffer), care utilizează o tehnică numită brand prediction (predicția salturilor). Acest modul reduce la minimum timpul de așteptare în unul sau mai multe canala de procesare, cauzat de întârzierile prelucrării instrucțiunilor care se ramifică la locații neliniare de memorie. Modulul BTB încearca să prevadă când va apărea o instrucțiune de salt și să aducă în memorie instrucțiunile corespunzătoare. Utilizarea tehnicii de predicție a ramificării unui program permite procesorului Pentium să mențină în funcțiune, la viteză maximă, ambele sale canale. Figura 5.1 prezintă arhitectura internă a procesorului Pentium.

Fig. 5.1 Arhitectura internă a procesorului Pentium

Cipul Pentium are o magistrală de adrese pe 32 de biți și poate să adreseze 4 GB de memorie, ca și procesoarele 386DX și 486. Dar procesorul Pentium extinde magistrala de date la 64 biți ceea ce înseamnă că poate transfera în și din CPU de două ori mai multe date decât un procesor 486 pe aceeași frecvență de tact. Magfistrala de date fiind pe 64 biți,și memoria sistemului trebuie accesată pe 64 biți, deci fiecare banc de memorie are 64 biți.

Majoritatea plăcilor de bază au memoria alcătuită din module SIMM (Single Inline Memory Modules) sau DIMM (Dual Inline Memory Modules). SIMM-urile sunt disponibile în versiuni de 8 biți și de 32 biți, iar DIMM-urile în versiuni de 64 biți. Există și versiuni cu biți suplimentari de paritate sau coduri corectoare de erori (ECC-Error Correcting Code). Cele mai multe sisteme Pentium folosesc module SIMM pe 32 biți – două astfel de module SIMM pe banc de memorie. Cele mai multe plăci de bază Pentium au cel puțin 4 socluri SIMM pe 32 biți, deci pentru un total de 2 bancuri de memorie. Sistemele Pentium mai noi și majoritatea sistemelor Pentium II de astăzi utilizează DIMM-uri, care au 64 de biți – exact ca și magistrala externă de date a procesorului – astfel încât se utilizează numai un modul DIMM pe banc. Acesta face ca instalerea sau modernizarea memoriei să fie mult mai ușoară, deoarece DIMM-urile pot fi instalate individual și nu este necesar să fie împerecheate.

Deși cipul Pentium are o magistrală de date pe 64 de biți, care transferă simultan 64 biți de informație în și din procesor, registrele sale interne sunt de numai 32 biți. Deoarece instrucțiunile sunt procesate în interior, ele sunt împărțite în două segmente, de instrucțiuni și de date, a câte 32 de biți, și executate aproape la fel ca în interiorul cipului 486.

Pentium are două memorii cache interne separate, de câte 8 KB, în comparație cu cipul 486, care are o singură astfel de memorie de 8 sau 16 KB. Memora cache și controllerul care o gestionează sunt incluse în cipul CPU. Memoria cache se comportă ca o oglindă a memoriei RAM, păstrând o copie a datelor și a codului din diverse zone de memorie. De asemenea, memoria cache a procesorului Pentium poate păstra informații ce urmează a fi scrise în memoria principală atunci când încărcarea unității centrale și a altor componente ale sistemului este mai mică. (Procesorul 486 efectuează scrierea în memorie imediat.)

Memoriile cache separate, pentru date și instrucțiuni, sunt organizate în câte două blocuri asociate, fiecare dintre ele fiind împărțit în linii de 32 biți fiecare. Fiecare memorie cache are câte un modul TLB (Translation Lookaside Buffer) dedicat, care convertește adreselor logiceîn adrese fizice. Puteți configura linie cu linie memoria cache pentru date, astfel ca datele să fie tratate în modul write-back sau write-through. În modul write-back, memoria cache păstrează atât operațiile de scriere, cât și pe cele de citire, ceea ce îmbunătățește mult performanțelel în comparație cu modul write-through care memorează doar citirile. Folosirea modului write-back determină reducerea volumului comunicației între CPU și memoria sistemului, ceea ce reprezintă o îmbunătățire majoră, întrucât accesul unității centrale la memoria sistemului constituie o ,,strangulare’’ a sistemelor rapide. Memoria cache pentru instrucțiuni este, evident, protejată la scriere, deoarece conține doar liniile de program și nu date ce pot fi actualizate. Prin folosirea ciclurilor burst (în rafală), datele din memoria cache pot fi citite sau scrise foarte repede.

Sistemele bazate pe procesoarele Pentium pot beneficia de memoriile cache de nivel doi (L2, Secondary Procesor Cache), care sunt compuse, de obicei din cipuri foarte rapide (max 15 ns) de tipul SRAM (Static RAM), totalizând 512 KB sau mai mult. Atunci când unitatea CPU are nevoie de date care nu există încă în memoria cache de nivel 1, se introduc cicluri de așteptare care încetinesc procesarea. Dar dacă datele necesare sunt deja prezente în memoria cache secundară, unitatea CPU poate continua să lucreze fără să mai folosească cicluri de așteptare.

Cipul Pentium este realizat în tehnologia BiCMOS (Bipolar Complementary Metal-Oxide Semiconductor) și are o arhitectură superscalară ce permite atingerea performanțelor ridicate așteptate de la acest cip. BiCMOS determină creșterea cu 10% a complexității cipului, dar în același timp duce la o îmbunătățire a performanțelor cu 30-35% fără consum suplimentar de energie sau creștere a dimensiunilor.

5.2. Procesorul Pentium din prima generație

Procesorul Pentium a fost oferit în trei modele de bază, fiecare având mai multe versiuni. Modelul de cip Pentium din prima generație, care nu se mai produce acum, a fost furnizat la frecvențe de 60-66MHz. Acest model folosea o capsulă PGA cu 273 pini și era alimentat la 5 V. În această variantă procesorul funcționa la aceeași frecvență cu placa de bază, deci folosea multiplicarea 1x a ceasului.

Prima generație de cipuri Pentium a fost realizată în tehnologia BiCMOS cu trasee de 0,8 microni. Din nefericire, utilizarea acestei tehnologii și numărul mare de tranzistoare (3,1 milioane) au făcut ca pastila cipului să fie foarte mare și dificil de fabricat. Ca urmare, Intel nu a reușit să realizeze un ritm de producție suficient de rapid, din cauza procesorului redus de cipuri bune. Utilizarea traseelor de 0,8 microni a fost criticată de unii producători de echipamente, printre care Motorola și IBM, care folosiseră deja traseele de 0,6 microni în cipurile evoluate pe care le produceau. Dimensiunile uriașe ale pastilei, ca și alimentarea la 5 V, au făcut ca versiunile la 66 MHz să consume până la 3,2 A (16 W), producând o cantitate imensă de căldură și creând dificultăți sistemelor care nu utilizează tehnici speciale de protecție. Din fericire, montarea unui ventilator deasupra procesorului rezolvă majoritatea problemelor de răcire, atâta tinp cât ventilatorul funcționează.

Ca și în cazul sistemelor precedente, 486, firma Intel oferă cipuri de modernizare OverDrive care dublează efectiv viteza sistemului dumneavoastră Pentium 60 sau 66. Modernizarea se face prin înlocuirea unui singur cip: unitatea CPU existentă. Deoarece sistemele Pentium ulterioare sunt incompatibile cu soclul Socket 4 pentru Pentium 60/66 aceste cipuri OverDrive au fost singurul mijloc de modernizare a unui sistem Pentium din prima generație, fără a înlocui placa de bază.

În loc de a moderniza procesorul prin înlocuirea sa cu un OverDrive, cu o viteză de două ori mai mare, ar trebui să aveți în vedere o înlocure completă a plăcii de bază; aceasta ar accepta un procesor de tip mai nou, cu o viteză mult mai mare.

5.3. Accesorul Pentium din generația a doua

Intel a anunțat apariția procesorului Pentium din a doua generație la 7 martie 1994. Acest nou procesor a fost prezentat în versiuni de 90 și 100 MHz, precedate cu puțin de o versiune de 75 MHz. Ulterior au fost prezentate și versiuni de 120, 133, 150, 166 și 200 MHz. Cipul Pentium din generația a doua utilizează tehnologia BiCMOS cu trasee de 0,6 microni (modelele de 75/90/100 MHz), pentru a se reduce dimensiunile pastilei și consumul de energie. Versiunile mai noi și mai rapide de procesoare Pentium din generația a doua, de 120 MHz sau mai rapide, au o pastilă chiar mai mică, realizată prin tehnologie BiCMOS, cu trasee de 0,35 microni. Aceste pastile mai mici și consumul scăzut nu aduc nici o schimbare față de versiunile de 0,6 microni; ele reprezintă practic o micșorare fotografică a pastilei P5 4C. În plus, noile procesoare funcționează la tensiunea de 3,3 V. Versiunea de 100 MHz consumă maxim 3,25 A la 3,3 V, deci numai 10,725 W. Următorul pe scară, cipul de 150 MHz consumă 3,5 A la 3,3 V (11,6 W); unitatea de 166 MHz absoarbe 4,4 A (14,5 W), iar procesorul 200 MHz absoarbe 4,7 A (15,5 W).

Procesoarele Pentium din a doua generație sunt livrate în capsulă SPGA cu 296 pini, care este incompatibilă fizic cu versiunile din prima generație. Singura modalitate prin care se poate trece un sistem de la prima la cea de-a doua generație de cipuri Pentium este schimbarea plăcii de bază. De asemenea procesoarele Pentium din a doua generație au 3,3 milioane de tranzistoare, ceea ce reprezintă o creștere față de cipurile mai vechi.

Controllerul APIC (Advanced Programmable Iterrupt Controller) și interfața pentru procesoare pereche realizează armonizarea configurației în care două cipuri Pentrium din a doua generație lucrează simultan pe aceeași placă de bază. Multe dintre plăcile de bază Pentium proiectate pentru servere de fișiere sunt livrate cu două socluri Socket 7, care permit folosirea integrală a capacității de multiprocesare a noilor cipuri. Softul ne permite ceea ce este cunoscut sub numele de multiprocesare simetrică sau SMP este integrat în sisteme de operare ca Windows NT sau OS/2.

Procesoarele Pentium din generația a doua au circuite de multiplicare a tactului, pentru ca procesorul să funcționeze la o viteză mai mare decât magistrala. De exemplu, procesorul Pentium cu frecvență de 150 MHz poate funcționa la o frecvență de 2,5 ori mai mare decât cea a plăcii de bază care, în mod normal, este de 60 MHz. Procesorul Pentium cu frecvență de 200 MHz poate funcționa la o frecvență de 3 ori mai mare într-un sistem cu frecvența magistralei de 66 MHz.

Practic, toate plăcile de bază Pentium au 3 frecvențe: 50, 60 și 66 MHz. Procesoarele Pentium sunt disponibile cu mai mulți factori de multiplicare internă a frecvenței de tact, astfel încât funcționează la diferiți multipli ai frecvenței plăcii de bază.

5.4. Procesoarele Pentium MMX

A treia generație de procesoare Pentium (cu denumirea de cod P55C) a fost lansată în ianuarie 1997 și încorporează ceea ce Intel denumește tehnologia MMX în concepția celei de-a doua generații Pentium. Există procesoare Pentium MMX cu rapoarte de frecvență de 66/166 MHz, 66/200 MHz și 66/233 MHz, precum și o versiune numai pentru sisteme mobile de 66/266 MHz. Procesoarele MMX au multe elemente comune cu alte procesoare Pentium din generația a doua, inclusiv arhitectura superscalară, suportul multiprocesor controllerul local încorporat în cip și posibilitățile de gestionare a energiei (Power Management). Elementele noi sunt: o unitate MMX cu canale pentru executarea instrucțiunilor, memoria cache write-back de 16 KB pentru cod (față de 8 KB la procesoarele Pentium precedente) și 4,5 milioane de tranzistori. Cipurile Pentium MMX sunt produse printr-o tehnologie îmbunătățită CMOS pe siliciu ce permite un nivel de tensiune mai scăzut, de 2,8 V. Procesoarele pentru sisteme mai noi, de 233 MHz și 266 MHz, sunt construite cu trasee de 025 microni și funcționează numai la 1,8 V. Prin această nouă tehnologie, procesorul 266 consumă, mai puțină energie decât procesorul 133 non-MMX.

Pentru a utiliza procesorul Pentium MMX, placa de bază trebuie să fie în măsură să furnizeze tensiunea mai scăzută de 2,8 V, utilizată de aceste procesoare. Pentru a creea o placă de bază mai flexibilă, în ceea ce privește aceste tensiuni ce se schimbă, Intel a introdus soclul Socket 7 cu VRM (modul de reglare a tensiunii). VRM este un modul care se introduce în soclu alături de procesor care furnizează tensiune corectă. Deoarece modulul se poate înlocui ușor, este simplu să se reconfigureze o placă de bază pentru a furniza oricare dintre tensiunile necesare procesoarelor Pentium mai noi. Desigur, tensiunea redusă este un lucru bun, dar marele avantaj al cipului îl constituie tehnologie MMX. MMX încorporează un proces denumit de Intel Single Instruction Multiple Data (SIMD) care permite ca o instrucțiune să efectueze aceeași operație asupra mai multor segmente de date. În plus au fost adăugate 57 de instrucțiuni noi, special pentru a trata datele video, audio și grafice.

Pentru a avea posibilități maxime de modernizare în viitor a sistemelor Pentium MMX, placa de bază Pentium necesită soclu de procesor cu 321 de pini, care respectă integral caracteristicile Intel Socket 7. Aceste ar trebui să includă, de asemenea, un soclu pentru VRM.

5.5. Testarea defectului unității de calcul în virgulă mobilă

Testarea unui procesor Pentium pentru acest defect este relativ simplă. Tot ce trebuie să faceți este să executați una din împărțirile indicate mai jos și să comparați răspunsul cu rezultatul corect.

Calculul împărțirii se poate face cu o aplicație de calcul tabelar (cum este Lotus 1-2-3, Microsoft Excel sau cu oricare alta), cu calculatorul numeric încorporat în Microsoft Windows sau cu orice alt program de calcul care folosește unitatea FPU. În vederea acestui test, asigurați-vă că unitatea FPU nu a fost dezactivată. În mod normal, aceasta necesită o comandă sau o configurare specială, în funcție de aplicație, și asigură că testarea se desfașoară corect, indiferent dacă cipul este defect sau nu.

5.6. AMD-K5

AMD-K5 este un procesor compatibil Pentium, dezvoltat de firma AMD și disponibil sub indicativele PR75, PR90, PR100, PR120, PR133 și PR166. Deoarece este proiectat pentru a fi compatibil Pentium din punct de vedere fizic și funcțional, orice placă de bază care acceptă procesoare Intel Pentium va accepta și procesoarele AMD-K5. Totuși, ar putea fi necesară o modernizare a programului BIOS, pentru o recunoaștere corectă a procesorului AMD-K5. Firma AMD ține evidența plăcilor de bază care au fost testate în ceea ce privește compatibilitatea.

Procesorul K5 are următoarele caracteristici:

Memorie cache de 16 KB pentru instrucțiuni și de 8 KB write-back pentru date

Execuție dinamică – predicție de salt cu execuție speculativă

Canal simular RISC, în 5 trepte, cu 6 unități funcționale paralele

Unitate de calcul în virgulă mobilă de înaltă performanță

Multiplicator de frecvență de tact 1,5x și 2x, selectabil prin pini

Procesorul K5 este comercializat după sistemul de evaluare PR, ceea ce înseamnă că numărul de pe procesor nu indică frecvența de ceas, ci numai viteza aparentă la rularea anumitor aplicații.

CAPITOLUL VI

PROCESOARELE INTEL DIN GENERAȚIA

A ȘASEA P6 (686)

Procesoarele P6 (686) reprezintă o nouă generație, cu caracteristici ce nu se găsesc în model din generațiile anterioare. Familia de procesoare P6 a debutat în noiembrie 1995, odată cu lansarea procesorului Pentium Pro. De atunci, Intel a mai lansat numeroase cipuri P6 toate folosind aceeași parte internă ca și Pentium Pro.

Principala caracteristică nouă a procesoarelor Pentium din generația a cincea a fost arhitectura superscalară, în care două unități de executare a instrucțiunilor puteau să lucreze simultan, în paralel. Cipurile mai recente din generația a cincea au adăugat tehnologia MMX. Pe lângă un mare număr de îmbunătățiri minore, adevăratele caracteristici-cheie ale tuturor procesoarelor de generația a șasea sunt: execuția dinamică și arhitectura cu două magistrale independente, precum și o concepție superscalară mult îmbunătățită.

6.1. Îmbunătățiri aduse de generația a șasea

În sfârșit arhitectura P6 modernizează arhitectura superscalară a procesoarelor P5 prin adăugarea mai multor unități de executare a instrucțiunilor și prin descompunerea instrucțiunilor în micro-operații speciale. Aici, instrucțiunile CISC (Complex Instruction Set Computer) sunt descompuse în mai multe comenzi RISC (Reduced Instrucțion Set Computer). Comenzile de nivel RISC sunt mai mici și sunt executate mai ușor și mai eficient de către unitățile de executare în paralel a instructiunilor. Prin această soluție Intel a integrat avantajele unui procesor RISC-executarea cu mare viteză a instrucțiunilor dedicate-în mediul CISC. De reținut că procesorul P5 avea numai două unități de executare a instrucțiunilor în timp ce P6 are cel puțin 6 unități separate dedicate de executare a instrucțiunilor. Se spune ca este de trei ori superscalar, deoarece unitățile multiple de executare a instructiunilor pot executa până la 3 instrucțiuni într-un ciclu.

În arhitectura P6 sunt incluse și alte îmbunătățiri în ceea ce privește eficiența: interfața de multiprocesor încorporată, circuitele ameliorate pentru detectarea și conectarea erorilor și optimizarea pentru soft pe 32 de biți.

În loc să fie numai niște procesoare Pentium mai rapide procesoarele Pentium Pro, Pentium II/III și celelalte procesoare din generația a sasea au multe îmbunătățiri în ceea ce privește caracteristicile și arhitectura. Partea internă a procesorului este foarte asemănătoare cu cea a procesoarelor RISc, in timp ce interfața externă pentru instrucțiuni este clasica Intel CISC. Prin descompunerea instrucțiunilor CISC în mai multe instrucțiuni RISC și procesarea acestora în paralel prin canalele de executare a instrucțiunilor, performanțele de ansamblu sunt îmbunătățite.

6.2. Procesoarele Pentium Pro

Succesorul procesoarelor Pentium produse de Intel se numește Pentium Pro. Acesta a fost primul cip din familia procesoarelor P6 sau din generația a sasea. A fost prezentat în noiembrie 1995 și a devenit disponibil pe scară largă în 1996. Cipul ca atare este o unitate cu 387 de pini ce se instalează în Socket 8, deci nu este compatibil la pini cu procesoarele Pentium precedente. Pastila procesorului conține milioane de tranzistoare, pastila memoriei cache de 256 KB are 15,5 milioane de tranzistoare, pastila (pastilele) memoriei cache de 512 KB are (au) 31 de milioane de tranzistoare fiecare ajungându-se la un total potențial de aproape 68 de milioane de tranzistoare într-un Pentium Pro cu memorie cache internă de 1 MB. Un Pentium Pro cu memorie cache de 1 MB are două pastile a câte 512 KB de memorie cache și o pastilă de procesor standard P6.

Pastila procesorului principal inslude o memorie cache de nivel unu de 16 KB divizată cu o memorie cache asociată de 8 KB cu 2 căi pentru instrucțiunile primare și o memorie cache asociativă de 8 KB cu 4 căi de date.

Memoria cache integrată, de nivel 2 este una dintre caracteristicile cu adevărat remercabile ale procesorului Pentium Pro. Prin încorporarea memoriei cache de nivel 2 în unitatea CPU, mutând-o de pe placa de baza aceasta poate funcționa acum la viteza procesorului, în loc de vitezele mai reduse date de frecvența de 60 sau de 66 MHz a magistralei plăcii de bază. De fapt memoria cache de nivel 2 este prevăzută cu o magistrală internă posterioară proprie, pe 64 de biți, care nu partajează timpul cu magistrala frontală externă pe 64 de biți folosite de CPU. Registrele și căile de date interne continuă să fie pe 32 de biți ca și la Pentium. Prin încorporarea memoriei cache de nivel 2 în sistem, plăcile de bază pot fi ieftine, deoarece nu mai necesită memorie cache separată. Unele plăci ar mai putea fi prevăzute cu memorie cache dar părerea generală este că memoria cache de nivel 3 ar oferi mai puține îmbunătățiri în cazul procesoarelor Pentium Pro decât al celor Pentium.

6.3. Procesoarele Pentium II

Intel a lansat procesorul Pentium II în mai 1997. Înainte de prezentarea oficială procesorul Pentium II era pomenit adeseori sub numele său de cod ,,Klamath’’ și era ținta multor comentarii în întreaga industrie. Pentium II este în esență același procesor din generația a sasea ca si Pentium I la care este adăugată tehnologia MMX (dublarea memoriei cache de nivel 1 și 57 de instrucțiuni MMX noi), totuși există și unele modificări conceptuale.

Din punct de vedere fizic, aceasta reprezintă o noutate absolută. Renunțându-se la soluțiile cip în soclu folosită practic la toate procesoarele de până acum, cipul Pentium II se prezintă sub forma unui cartuș cu conector unic de margine (Single Edge Contact-SEC). Procesorul este prevăzut cu câteva cipuri de memorie cache de nivel 2 este montat pe o mică placă de circuit (asemenea unui modul SIMM supradimensionat) care este apoi închisă într-un cartuș din metal și material plastic. Cartușul este apoi cinectat la placa de bază printr-un conector de margine numit slot 1 care este foarte asemănător cu un conector pentru plăci de extensie.

Cele două varieante de cartuș se numesc SECC (Single Edge Contact Cartridge-Cartuș conector de margine) și SECC2.

Procesorul Pentium II este prevăzut cu execuție dinamică, denumire care definește un ansamblu unic de îmbunătățiri ale performanțelor, dezvoltat de Intel și introdus pentru prima dată în procesorul Pentium Pro. Elementele importante ale execuției dinamice sunt preducția multiplă a salturilor, care accelerează execuția prin predicția parcursului programului prin mai multe ramuri, analiza fluxului de date, care analizează și modifică ordinea de execuții a instrucțiunilor din program; și execuția speculativă, care examinează în avans contorul programului și execută instrucțiunile care vor fi, probabil necesare. Procesorul Pentium II extinde aceste posibilități pe căi noi, puternice și sofisticate pentru a furniza sporuri de perormanță și mai mari.

Ca și Pentium Pro, cipul Pentium II include de asemenea arhitectura DIB. Termenul arhitectură cu două magistrale independente (Dual Independent Bus-DIB) provine de la faptul că procesorul Pentium II este prevăzut cu două magistrale independente-magistrala memorie cache de nivel II și magistrale de sistem de la procesor la memoria principală. Procesorul Pentium II poate utiliza ambele magistrale simultan astfel încât pot fi transferate de două ori mai multe date în și din procesorul Pentium II decât în cazul unui procesor cu o singură magistrală. Arhitectura DIB permite ca memoria cache de nivel 2 a procesorului Pentium II de 33 MHz să funcționeze de 2,5 ori mai rapid decât memoria cache de nivel 2 a procesoarelor Pentium. Pe măsură ce frecvența viitoarelor procesoare Pentium II va crește și viteza memorie cache de nivel 2. De asemenea magistrala de sistem cu mai multe canale permite tranzacții simultane paralele în locul tranzacțiilor singulare secvențiale. Împreună aceste îmbunătățiri ale arhitecturii cu 2 magistrale independente oferă o lățime de bandă de până la trei ori mai mare decât o arhitectură de o singură magistrala așa cum este la preocesorul Pentium obișnuit.

Memoria cache de nivel 1 funcționează întotdeauna la frecvența internă integrală a procesorului, deoarece este montată direct pe pastila acestuia. Memoria cache de nivel 2 la procesorul Pentium II funcționează în mod normal la ½ din frecvența internă a procesorului, ceea ce permite utilizarea unor cipuri de memorie cache mai puțin costicitoare. De exemplu într-un Pentium II la 333 MHz memoria cache de nivel 1 funcționează tot la 333 MHz, în timp ce memoria cache de nivel 2 funcționează la 167 de MHz. Chiar dacă memoria cache de nivel 2 nu lucrează la frecvența internă a procesorului, ca la Pentium Pro, viteza sa este mult superioară față de viteza memoriei cache instalate pe placa de bază și care funcționează la frecvența de 66 MHz a plăcii de bază, ca la majoritatea procesoarelor Pentium cu Socket 7.

Pentru ca sistemul să funcționeze în cazul oricărei variante de procesor Pentium II, trebuie să fie asigurate valorile tipărie cu aldine. Majoritatea procesoarelo Pentium II funcționează la 2,8 V, iar câteva mai noi la 2,0 V.

Pentium II Mobile Module este un Pentium II pentru calculatoare notebook care include versiunea North Bridge a setului de cipuri de înaltă performanță 440 BX. Acesta este primul set de cipuri de pe piață care permite funcționarea magistralei procesorului la 100 MHz, deși aceasta nu este compatibilă în prezent cu versiunile mobile. Setul de cipuri 440 BX a fost lansat în aceelași timp ca versiuni de 350 și 400 MHz pentru procesorul Pentium II.

6.4. Celeron

Procesorul Celeron este un cameleon. Inițial a fost un P6, cu aceeași parte centrală ca Pentium II, în primele două versiuni originale, ulterior a fost realizat cu parte centrală de Pentium III iar de curând folosește parte centrală de Pentium IV. Este destinat în speciap PC-urilor cu prețuri mici.

Majoritatea caracteristicilor procesorului Celeron sunt cele ale procesoarelor Pentium II, III, IV, deoarece partea centrală a procesorului este aceeași. Principalele deosebiri constau în tipul de capsulă, capacitatea memoriei cache de nivel 2 și frecvența magistralei CPU.

Prima versiune de Celeron a fost prezentată într-o capsulă numită SEPP sau SEP. Capsula SEC are la bază modelul pentru Slot 1, ca și cartușele SECC de Pentium II/III, cu excepția carcasei decorative de material plastic. Carcasa aceasta a fost înlăturată la Celeron pentru ca prețurile de producție și vânzare să fie mai mici. În esență Celeron utilizează aceeași placă de circuit ca și cea din interiorul capsulei de Pentium II.

Chiar și fără carcasa de plastic capsula Slot 1 era mai costisitoare decât ar fi trebuit. Cauza era în mare măsură mecanismul (suportul) de fixare a procesorului în conectorul Slot 1 de pe placa de bază, ca și radiatoarele mai mari și mai complicate ce erau necesare. Aceasta plus concurența sistemelor mai puțin performante cu Socket 7 și echipate în special cu procesoare AMD a determinat compania Intel să lanseze procesorul Celeron in forma constructivă pentru Soclu. Soclul respectiv se numește PGA-370 sau Socket 370 deoare are 370 de pini. Capsula de procesor concepută pentru acest Soclu se numește PPGA sau FC-PGA. Ambele capsule, PPGA și FC-PGA se pot instala în Soclu cu 370 de pini și contribuie la realizarea unor sisteme mai ieftine, mai nepretențioase și mai mici, datorită cerințelor mai puțin costisitoare pentru sistemul de fixare a procesorului și pentru răcire, în varianta cu Soclu.

6.5. Procesorul Pentium III

Procesorul Pentium III a fost lansat în februarie 1999 și a adăugat câteva caracteristici noi familiei P6. În esență, este constituit dintr-o parte centrală de Pentium II căreia i s-a adăugat instrucțiunile SSE și memorie cache de nivel 2 integrată pe pastilă, în versiunile mai recente. SSE constă din 70 de instrucțiuni noi ce îmbunătățesc radical performanțele și posibilitățile de lucru cu imagini, 3D, fluxuri de date audio, video și aplicații de recunoaștere a vocii.

Având la bază inițial tehnologia evoluată CMOS de 0,25 microni, a companiei Intel partea centrală de PIII a fost realizată de la început cu peste 9,5 milioane de tranzistoare. Spre sfârșitul anului 1999, Intel a trecut la o pastilă realizată cu o tehnologie de 0,18 microni și a adăugat poe pastilă 256 KB de memorie cache de nivel 2, ceea ce a făcut ca numărul tranzistoarelor să crească la 28,1 milioane. Cea mai nouă versiune de Pentium III utilizează tehnologia de 0,13 microni și are 44 de milioane de tranzistoare. Pentium III a devenit disponibil și la frecvențe de la 450 MHz la 1,4 GHz, ca și în versiuni numite Xeon și destinate serverelor, având memoria cache cu capacitate sau viteză mai mari. Pentium III este dotat și cu alte caracteristici avansate cum ar fi 32 KB de memorie cache de nivel 1 și memorie cache de nivel 2 fie de 512 KB la jumătate din frecvența internă, fie de 256 KB pe pastilă, la frecvența internă cu posibilitatea de utilizare prin cache a unui spațiu de memirie adresabil de până la 4 GB.

6.6. Pentium II/III Xeon

Procesoarele Pentium III și III sunt disponibile în versiuni de foarte înaltă performanță numai procesoare Xeon. Au fost introduse întâi ca versiuni de Pentium II în iunie 1998, iar ca versiuni de Pentium III mai târziu în martie 1999. Ele se deosebesc de procesoarele standard Pentium II din trei puncet de vedere: capsulă, capacitatea memoriei cache și frecvența de lucru a acestuia.

Procesoarele Xeon utilizează un cartuș SEC de dimensiuni mai mari decât procesoarele standard PII/III, în principal pentru că includ o placă de circuit mai mare cu mai multă memorie cache.

În afară de capsula mai mare, procesoarele Xeon sunt prevăzute și cu mai multă memorie de nivel 2. Există trei variante, cu 512 KB, 1 MB și 2 MB de meorie cache de nivel 2.

Mai semnificativă decât capacitatea memoriei cache este frecvența de lucru a acestuia. Toată memoria cache din procesoarele Xeon funcționează la frecvența internă a procesorului. Acest lucru a fost greu de realizat dacă ne gândim că se folosesc cipuri de cache separate instalate pe placă până curând acestea nu erau integrate pe pastila proceorului. Primele procesoare Pentium II Xeon au 7,5 milioane de tranzistoare pe pastila procesorului principal, pe când procesoarele Pentium III au 9,5 milioane.

6.7. Seria AMD-K6

Procesorul AMD-K6 este un procesor de înaltă performanță din generația a șasea care poate fi instalat fizic într-o placă de bază P5. El a fost proiectat inițial pentru a AMD de NexGen și la început era cunoscu sub denumirea Nx 686. Versiunea NexGen nu a apărut deoarece AMD a achiziționat această companie chiar înainte de lansarea cipului. Performanțele cipului AMD-K6 se situează undeva între procesoarele Pentium și Pentium II, datorită soluției sale hibride unice. Deoarece este proiectat pentru a fi instalat în soclul de tip Socket 7, ceea ce reprezintă o soluție de soclu și de placă de bază din generația a cincea, el nu poate realiza integral performanțele unui cip din generația a șasea, întrucât arhitectura Socket 7 limitează sever performantele memoriei cache și ale celei principale. Totuși cu acest procesor, AMD concurează intens firma Intel pe piața calculatoarelor de clasă inferioară și medie, în care procesorul Pentium este încă răspândit.

Procesorul K6 conține o implementare standard industrială, de înaltă performanță, a noului set de instrucțiuni multimedia (MMX), care pretinde un nivel performant de performanță multimedia K6-2 a introdus o variantă îmbunătățită a setului de instrucțiuni MMX, numită de AMD 3Dnow, care suplimentează instrucțiunile pentru grafică și sunet. AMD a proiectat procesorul pentru a se adapta la infrastructura ieftină și de volum mare a soclului Soket 7. Acesta folosește inițial tehnologia de fabricație AMD de 0,35 microni, cu 5 straturi metalice, versiunile mai folosesc tehnologia de 0,25 de microni, pentru a crește capacitatea de producție datorită reducerii dimensiunilor pastilei, precum și pentru a diminua consumul de energie.

Arhitectura procesorului AMD-K6 este integral compatibilă, din punctul de vedere al codului binar cu x86, ceea ce înseamnă că poate rula tot softul Intel, inclusiv instrucțiunile MMX. Pentru a compensa performanțele mai slabe, din punctul de vedere al memoriei cache de nivel 2, ale modelului pentru Soket 7, AMD a mărit memoria cache internă de nivel 1 la un total de 64 KB-dublu față de Pentium II sau III. Acest fapt, combinat cu capacitatea de execuție dinamică, a permis procesorului K6 să depășească performanțelel procesorului Pentium și să se apropie ca performanțe de Pentium II și III la aceeași frecvență de tact. K-6 este chiar mai bun, după adăugarea memoriei cache de nivel 2 la frecvența internă a procesorului.

6.8. AMD Athlon și Athlon XP

Athlon este succesorul AMD al seriei K6. Athlon este un cip complet nou, pornind de la 0, și nu admite interfață, cu soclurile Socket 7 sau Super 7, ca procesoarele precedente. În versiunile Athlon inițiale, AMD a folosit un model de cartuș numit Slot A aproape identic cu cele pentru Pentium II și Pentium III de la Intel. Motivul a fost faptul că primele procesoare Athlon foloseau 512 KB de memorie cache de nivel 2 externă, care se monta lângă procesor, pe placa din cartuș. Memoria cache externă funcționa la 1/2, 2/5 sau 1/3 din frecvența internă a procesorului, în funcție de frecvența procesorului. În iunie 2000 AMD a lansat o versiune revizuită de Athlon, care încorporează 256 KB de memorie cache de nivel 2 chiar pe pastila procesorului. Această memorie cache pe pastilă funcționează la frecvența internă a procesorului, eliminând ștrangulările caracteristice primelor sisteme Athlon. Odată cu trecerea pe pastilă a memoriei cache de nivel 2, procesorul Athlon a fost introdus într-o capsulă PGA sau versiunea Socket A, care a înlocuit versiunea cu cartuș Slot A. Cea mai recentă versiune de Athlon, numită Athlon XP (Fig. 6.8.2), prezintă câteva îmbunătățiri, cum sunt instrucțiunile 3D Now. Professional care inglobează și instrucțiunile Intel SSE.

Deși cartușul Slot A (Fig. 6.8.1) seamănă foarte mult cu Slot 1 de la Intel, iar Socket A seamănă cu Socket 370 de la Intel, configuratia pinilor este complet alta iar cipurile AMD nu pot fi instalate pe aceleași plăci de bază ca și cipurile Intel. S-a intentionat acest lucru din concepție, deoarece AMD căuta căi de imbunătățire a arhitecturii sale și de distanțare față de Intel.

Fig.6.8.1 Procesor AMD Athlon pentru Slot A (formă constructivă de cartuș)

Fig.6.8.2 Procesor AMD Athlon XP, în tehnologie 0,13 microni, pntru Socket A

(formă constructivă PGA)

6.9. AMD Athlon XP

Așa cum am arătat în secțiunea precedentă cea mai nouă versiune de Athlon se cheamă Athlon XP. Acesta este în esență, la fel ca procesorul Athlon anterior dar cu îmbunătățiri în ceea ce privește setul de instrucțiuni, putând executa și instrucțiunile SSE Intel, precum și cu o nouă strategie de marketing, concurând direct cu Pentium IV. AMD folosește termenul ,,Quanti Speed’’ (termen de marketing nu tehnic). Referindu-se la arhitectura procesorului Athlon XP. AMD îl definește ca fiind totalitatea următoarelor:

– micro arhitectură integral cu canale, superscalară, cu 9 elemente.

– astfel sunt oferite mai multe căi de trimitere a instrucțiunilor către sectoarele de execuție ale CPU, existând 3 unități de execuție în virgulă mobilă, 3 unități de calcul cu numere intregi și 3 unități de calcul de adresă.

– o unitate de calcul în virgulă mobilă integral cu canale superscalară. Aceasta asigură desfășurarea mai rapidă a operațiilor într-un ciclu de tact remediind o deficiență de lungă durată a procesoarelor AMD în comparație cu cele Intel.

– pre-apelare hard a datelor. Datele necesare se culeg în memoria de sistem și se plasează în memoria cache de nivel 1 a procesorului pentru a economisi timpul.

– module TLB (Translation Look-aside Buffer) îmbunătățite. Acestea permit stocarea datelor în locații pe care procesorul le poate accesa mai rapid, fără duplicare sau opriri din lipsă de informații.

Aceste îmbunătățiri conceptuale explatează mai eficient fiecare ciclu de tact, făcând ca un Athlon XP ,,mai lent’’ să depășească un Pentium IV ,, mai rapid’’ din punctul de vedere al muncii efectuate (și al jocurilor).

6.10. AMD Duron

Procesorul AMD Duron (Fig. 6.10.3) a fost prezentată în iunie 2000 este derivat din procesorul AMD Athlon la fel cum Celeron este derivat din Pentium II și III. În esență, Duron este un Athlon cu mai puțină memorie cache de Pentium II, celelalte caracteristici sunt în mare aceleași. Este conceput ca versiune mai ieftină, cu mai puțină memorie cache dar cu performanțe doar puțin mai scăzute. Pentru a păstra prețul scăzut, Intel conține pe pastilă 64 KB de memorie cache de nivel 2 și este proiectat pentru Socket A, o versiune pentru soclu a procesorului Athlon Slot A. Se așteaptă ca procesorul Duron având o compatibilitate valoroasă, să concureze cu Celeron pe piața PC-urilor de 600 $, la fel cum Athlon este compatibil pentru a concura cu Pentium III pe piața calculatoarelor de înaltă performanță.

Fig.6.10.3 Procesorul AMD Duron

6.11. Cyrixx/IBM 6×86 (M1) 6x86MX (MII)

Familia procesoarelor Cyrixx 6×86 se compune din procesoarele 6×86, care nu se mai fabrică și din procesoarele mai noi 6x86MX. Acestea sunt simulare cu procesoarele AMD-K5 și K6 în sensul că oferă o structură internă de generația a sasea într-o formă exterioară de generația a cincea, P5 Pentium, compatibilă cu soclul Socket 7.

Procesoarele Cyrixx 6×86 și 6x86MX redenumite (MII) încorporează două unități de calcul cu numere întregi, optimizate și prevăzute cu canale de executare a instrucțiunilor, și o unitate de calcul în virgulă mobilă încorporată în cip. Aceste procesoare sunt prevăzute cu posibilitatea de execuție dinamică, ceea ce constituie elementul-cheie al concepției unităților CPU din generația a șasea. Aceasta include predicția de salt și execuția speculativă.

Procesorul 6x86MX/M2este compatibil cu tehnoloxia MMX putând să ruleze jocuri MMX, programme multimedia. Prin unitatea sa îmbunătățită de administrare a memoriei, memoria cache internă de 64 KB și alte elemente de arhitectură avansată, procesorul 6x86MX realizează performanțe mai ridicate și oferă valori mai bune decât procesoarele firmelor concurente.

CAPITOLUL VII

PROCESOARELE INTEL PENTIUM IV

(DE GENERAȚIA A ȘAPTEA)

Pentium IV a fost lansat în noiembrie 2000 și reprezintă o nouă generație de procesoare (Fig. 7.1) dacă procesorul ar fi avut ca denumire un număr în loc de cuvând s-ar fi putut numi 786, deoarece reprzintă o generație după clasa precedentă a procesoarelor 686.

Fig. 7.1 Procesorul Pentium 4 FC-PGA2

Principalele detalii tehnice ale procesorului Pentium IV sunt:

Domeniul de frecvențe de la 1,3 GHz la 3 GHz și mai mult.

42 de milioane de tranzistoare, tehnologie de 0,18 microni, pastilă de 217 milimetri pătrați.

55 de miloane de tranzistoare, tehnologie de 0,13 microni, pastilă de 131 milimetri pătrați.

Compatibil ca soft cu procesoarele Intel anterioare, pe 32 de biți.

Magistrala procesorului (frontală) lucrează la 400 MHz sau 533 MHz.

Unitățile aritmetice-logice (ALU) funcționează la dublul frecvenței interne a procesorului

Tehnologie hiper-canal (Hyper-Pipelined, 20 de niveluri).

Executarea peste rând a instrucțiunilor foarte avansată.

Predicție de salt îmbunătățită.

20 KB de memorie cache de nivel 1 (12 KB pentru urmărirea executării +8 KB pentru date)

256 KB sau 512 KB de memorie cache de nivel 2 pe 128 de biți, pe pastilă, lucrând la frecvență internă asociativă în 8 moduri

Memoria cache de nivel 2 poate utiliza până la GB de Ram și recunoaște ECC

SSE2-144 de noi instrucțiuni SSE pentru procesare de grafică și sunet.

Unitate evoluată de calcul în virgulă mobilă.

Mai multe stări cu economosire de energie.

Cerințele pentru memorie

Plăcile de bază pentru Pentium IV folosesc fie memorie RDRAM, fie DDR SDRAM, în funcție de setul de cipuri. Plăcile cu RDRAM utilizează aceleași module RIMM Rambus și RDRAM care au început să fie folosite cu unele seturi de cipuri pe plăcile de bază cu Pentium III, însă memoria RDRAM cu două canale, utilizată de Pentium IV necesită instalarea unor perechi de module identice (numite RIMM). Plăcile de bază Pentium IV ce folosesc RDRAM sunt prevăzute să primească fie una, fie două perechi de module RIMM. Ambele perechi de memorii trebuie să fie de aceași frecvență dar nu și de aceeași capacitate.

7.2 Considerații asupra alimentării cu energie

Pentium IV consumă multă energie electrică și din această cauză majoritatea plăcilor de bază cu Pentium IV folosesc un nou tip de modul regulator de tensiune care se alimentează la 12 V, nu 3,3 V sau la 5 V ca modelele precedente. Fiind alimentate la 12 V, rămâne mai multă energie pentru alimentarea cu 3,3 V și 5 V a restului sistemului iar curentul total absorbit scade în mare măsură datorită alimentării la o tensiune mai mare. Sursele de alimentare pentru PC-uri funcționează mai mult decât necesarul de energie la 12 V dar placa de bază ATX și modelul de sursă de alimentare aveau inițial un singur pin pentru 12 V (fiecare pin este dimensionat pentru 6 A) deci a apărut necesitatea unor circuite suplimentare de 12 V, pentru alimentarea plăcii de bază la această tensiune.

Soluția a apărut sub forma unui al treilea conector de alimentare numit ATX 12 V. Noul conector este utilizat pe lângă conectorul standardizat de putere ATX, cu 20 de pini și conectorul auxiliar. Din fericire, sursa de alimentare nu a trebuit reproiectată, puterea la 12 V disponibilă la conectoarele unităților de disc este mai mult decât suficientă. Pentru a o utiliza, companii precum PC Power și Cooling au pus în vânzare un adaptor ieftin care face conversia de la conectorul standard de putere pentru unități de disc de tip Molex la conectorul ATX la 12 V. În mod obișnuit sursa de alimentare de 300 W sau mai mult funcționează la 12 V o putere mai mult decât suficientă pentru ambele unități de disc și conectorul ATX de 12 V.

Dacă sursa dumneavoastră de alimentare funcționează mai puțin decât minimum 300 W recomandat trebuie să o înlocuiți.

CAPITOLUL VIII

PROCESOARE DIN GENERAȚIA A OPTA

(CU REGISTRE DE 64 DE BIȚI)

Lansat în 29 mai 2001, Itanium este în prezent cel mai performant procesor produs de Intel conceput în special pentru piața de servere. Dacă Intel ar mai fi folosit cifre ca denumiri pentru procesoerele sale Itanium ar fi fost numit 886 deoarece este un procesor din a opta generație a familiei Intel și, de la 386, el prezintă cel mai semnificativ salt ca arhitectură de procesor. Itanium este primul procesor din familia de produse Intel IA-64 încorporează tehnici arhitecturare inovative de extindere a performanțelor, cum sunt predispuse speculației.

8.1. Itenium și Itanium 2

Familia de produse Intel IA-64 este concepută cu scopul de a extinde posibilitățile oferite de arhitectura Intel, adresându-se segmentelor de piață de servere și stații de lucru de înaltă performanță.

Ca și în cazul altor procesore, lansarea procesoarelor Itanium și Itanim 2 nu are ca scop înlocuirea procesoarelor Pentium IV sau III cel puțin nu de la început. Ele au o conceptie nouă costisitoare pentru început și se găsesc doar în sistemele cele mai performante, ca serverele de fișiere și stațiile de lucru.

Intel și Hewlett-Pckard au început să colaboreze în 1994 pentru a realiza procesorul Itanium (Fig.8.1.5). În octombrie 1997, după mai mult de 3 ani de la anunțarea faptului că lucrează împreună la o nouă arhitectură de microprocesor, Intel și HP au prezentat oficial câteva dintre caracteristicile tehnice ale noului procesor.

Itanium este primul microprocesor bazat pe specificațiile arhitecturii Intel-64. IA-64 este un model de procesor complet nou, care folosește instructiuni foarte lungi, predicția instrucțiunilor, eliminarea salturilor, încărcarea speculativă și alte tehnologii evoluate pentru extinderea paralelismului programelor. Noul cip conține elemente specifice atât CISC, cât și RISC.

Itanium încorporează o nouă arhitectură, numită de Intel EPIC, care permite procesorului să execute instrucțiuni paralele – mai multe instrucțiuni simultan. La Itanium 3 instrucțiuni pot fi codate într-un singur cuvânt de 128 de biți deci ficare instructiune are câțiva biți în plus față de instructiunile uzuale în mod curent, de 32 de biti. Biții suplimentari permit adresarea de către cip a mai multor registre și indică procesorului ce instrucțiuni trebuie să execute în paralel. Această abordare simplifică proiectarea procesoarelor cu multe unități de execuție paralelă și le dă posibilitatea să lucreze la frecvențe de tact mai mari. Cu alte cuvinte, înafară de faptul că pe cip se pot executa în paralel câteva instructiuni, un Itanium se poate conecta cu alte cipuri Itanium într-un mediu de procesare paralelă.

Fig. 8.1.5 Caracteristicile cartușului de Itanium

CAPITOLUL IX

METODE DE DEPISTARE A DEFECTELOR PROCESOARELOR

În mod normal, procesoarele sunt foarte fiabile. Majoritatea problemelor ce apar la PC-uri datoreazã altor dispozitive, însã dacã bãnuiți cã procesorul este defect, existã câteva etape care pot fi parcurse. Cel mai simplu este înlocuirea procesorului cu unul de rezerve despre care aveți certitudinea cã este bun. Dacã problema dispare înseamnã cã primul procesor este defect. Dacã problema persistã probabil cã este localizatã în altã parte.

Următorul tabel conține o listă a verificărilor generale pentru cazurile în care avem probleme cu PC-ul.

Probleme de depistare a defectelor procesoarelor

CAPITOLUL X

PROTECȚIA MUNCII

În cursul și din cauza proceselor de muncă, omul nu este supus numai unor solicitări fizice și psihice care se pot compensa prin odihna zilnică și alte acțiuni silmilare de refacere a forței sale de muncă. Uneori el devine subiectul unor evenimente nedorite, care-i diminuează capacitățile până la indisponibilizarea temporară sau permanentă. Este vorba despre accidente și îmbolnăviri profesionale.

Actuala eră industrială a fost însoțită, printre altele, de amplificarea fără precedent a dimensiunii și gravității acestui fenomen. În consecință, în ansamblul practicilor și cercetărilor vizând relația omului cu munca, s-a conturat în decursul timpului, ca obiectiv distinct, protejarea lucrătorului împotriva accidentelor de muncă și bolilor profesionale, sub denumirea convențională de protecția muncii.

În accepția cea mai generală, protecția muncii este un ansamblu de acțiuni și măsuri care are ca obiectiv cunoașterea și înlăturarea tuturor elementelor care pot apărea în procesul de muncă susceptibile să provoace accidente și îmbolnăviri profesionale.

Instalațiile și echipamentele electrice și electronice comportă în exploatare, riscuri de electrocutare a persoanelor care le deservesc, întrețin sau repară, atunci când nu respectă măsurile de electrosecuritate.

Majoritatea aparatelor electrice, sunt alimentate prin rețele de joasă tensiune ce nu depășesc 220V curent alternativ. Această tensiune intră în categoria tensiunilor periculoase la atingere, putând provoca moartea prin electrocutare.

Riscurile de electrocutare sunt determinate de:

defecte de izolație a cablurilor de alimentare,

nedecuplarea de la rețeaua de ~220V în cazul intevenției,

întreruperea firului de legare la pământ în cazul unui defect de izolație

executarea de lucrări de întreținere și reparație a echipamentelor electrice de persoane necalificate

dacă echipamentele electrice nu sunt prevăzute din construcție cu dispozitive de protecție adecvate sau dacă acestea sunt îndepărtate sau defecte

Înainte de punerea în funcțiune a echipamentelor electrice trebuie măsurate:

Rezistența fiecărei prize locale

Rezistența totală de legare la pământ a carcaselor echipamentelor electrice

Instalațiile de protecție prin legare la pământ sevesc pentru protejarea împotriva electrocutării în cazul atingerii părților metalice aflate accidental sub tensiune datorită deteriorării izolației conductoarelor.

La interval de maxim 12 luni trebuie măsurate:

rezistența prizelor principale

rezistența prizelor locale aferente posturilor de transformare

Dacă la transformările executate, mărimea rezistențelor electrice depășește

limitele admise, se va proceda la revizia respectiv la înlocuirea electrozilor și refacerea circuitelor prizelor de pământ, astfel ca valoarea măsurată a rezistențelor să se încadreze în limite normale.

BIBLIOGRAFIE

1. SCOTT MULLER – PC Depanare și modernizare, Editura Teora, 1994, București.

2. JOE K. RAYNAK – Prima mea carte despre calculatoare personale, Editura Teora 1995, București.

3. KEITH ALESHIRE – Depanare și modernizare – Exerciții, Editura Teora, 1996, București.

4. MICROINFORMATICA – Ce este și ce îți oferă? CALCULATORUL IBM PC, Editura Microinformatica, 1990, Cluj-Napoca.