Egy kis processzortörténelem

A CPU (angol: Central Processing Unit - központi feldolgozóegység) más néven processzor, a számítógép azon egysége, mely az utasítások értelmezését és végrehajtását vezérli. Félvezetős kivitelezésű, összetett elektronikus áramkör. Egy szilícium kristályra integrált, sok tízmillió tranzisztort tartalmazó digitális egység. A bemeneti eszközök segítségével kódolt információkat feldolgozza, majd az eredményt a kimeneti eszközök felé továbbítja, melyek ezeket az adatokat információvá alakítják vissza. A processzor alatt általában mikroprocesszort értünk.

Az első mikroprocesszor az 1971-ben megjelent 4 bites szóhosszúságú Intel 4004 volt. Később több sikeres 8 bites sorozat jelent meg több gyártó részéről (Intel 8086 - az első IBM PC processzor, Zilog Z80, Motorola 6800). A '80-as évektől kezdve megnőtt a processzorok szóhossza (Intel 80286: 16 bit - 1982, Intel 80386: 32 bit - 1985), az órajel folyamatos növekedése mellett.

A PROCESSZOR FŐBB RÉSZEI

ALU: (Arithmetic and Logical Unit - Aritmetikai és logikai egység). Ez a processzor "számológépe", alapvető matematikai és logikai műveleteket hajt végre. Az ALU végrehajtási sebessége növelhető egy koprocesszor (FPU, Floating Point Unit - Lebegőpontos műveleteket végző egység) beépítésével, ami egyes feladatokat gyorsabban hajt végre, mint az ALU. Az ALU minden mikroprocesszor alapvető részegységévé vált, a mai processzorok mindegyike tartalmaz lebegőpontos végrehajtóegységet is.

CU: (Control Unit - Vezérlőegység vagy vezérlőáramkör). Ez szervezi, ütemezi a processzor egész munkáját. Például lehívja a memóriából a soron következő utasítást, értelmezi és végrehajtatja azt, majd meghatározza a következő utasítás címét.

Register (Regiszter): A regiszter a processzorba beépített nagyon gyors elérésű, kis mértetű memória. A regiszterek addig (ideiglenesen) tárolják az információkat, utasításokat, amíg a processzor dolgozik velük. A mai gépekben 32/64 bit méretű regiszterek vannak. A processzor adatbuszai mindig akkorák, amekkora a regiszterének a mérete, így egyszerre tudja az adatot betölteni ide. Például egy 32 bites regisztert egy 32 bites busz kapcsol össze a RAM-mal. A regiszterek között nem csak adattároló elemek vannak, hanem a processzor működéséhez elengedhetetlenül szükséges számlálók és jelzők is. Ilyen például az utasításszámláló, ami mindig a következő végrehajtandó utasítás címét, a flagregiszter, amely a processzor működése közben létrejött állapotok jelzőit (igaz vagy hamis), és az akkumulátor, amely pedig a logikai és aritmetikai műveletek egyik operandusát, majd az utasítás végrehajtása után az eredményt tartalmazza.

Cache: A modern processzorok fontos része a cache (gyorsítótár). A cache a processzorba, vagy a processzor környezetébe integrált memória, ami a viszonylag lassú rendszermemória-elérést hivatott kiváltani azoknak a programrészeknek és adatoknak előzetes beolvasásával, amikre a végrehajtásnak közvetlenül szüksége lehet. A mai PC processzorok általában két gyorsítótárat használnak, egy kisebb (és gyorsabb) elsőszintű (L1) és egy nagyobb másodszintű (L2) cache-t. A gyorsítótár mérete ma már megabyte-os nagyságrendű.

AZ ÓRAJEL

Az óra az egész számítógép működéséhez szükséges ütemet biztosítja. Az óra magában foglal egy kvarckristályt, ami az órajel előállításához szükséges rezgést adja. Sebességét Hertzben (Megahertzben) mérjük, egy óra körülbelül 100 MHz-es rezgést ad, ezért a mai nagysebességű processzorokban egy szorzót alkalmaznak, hogy magasabb órajelet, ezáltal gyorsabb processzort kapjanak.

A processzor részegységei (itt a legalapvetőbb műveleteket végző részegységekre kell gondolni, tehát nem egy olyan nagy egységre, mint például az ALU), az órajel ütemére végzik feladataikat; amikor egy részegység megkapja az órajelet egy elektronikus jel formájában, akkor elvégzi a soron következő műveletet, amikor megkapja a következő jelet, akkor a következő műveletet végzi el. Egy másodperc alatt egy mai processzor egysége több milliószor kap jelet. Az órajel sebességének így ahhoz az időhöz kell alkalmazkodnia, amennyi időbe telik egy részegységnek a rá kijelölt művelet elvégzése. Ez lényegében azt eredményezheti, hogy a processzor egységeinek a leglassúbb elem miatt kell várakozniuk. Ezt persze különféle megoldásokkal orvosolják.

Ám a műveletet nem szabad összetéveszteni az utasítással, ezek bonyolultsága miatt egy utasítás végrehajtása több órajelciklust is igénybe vehet. Az is lassító tényező, hogy a processzor az adatokat lassabban kapja, mint ahogy fel tudná dolgozni őket, ilyenkor pedig várakoznia kell.

Gépi ciklusnak nevezzük azt az időt, amely alatt a számítógép egy gépi műveletet végre tud hajtani. Egy gépi ciklus általában több órajelütemből áll, az egyes utasítások végrehajtásához szükséges gépi ciklusok száma utasításonként más és más lehet.

AZ UTASÍTÁSKÉSZLET

A processzor által ismert műveletek és utasítások összességét értjük a processzor utasításkészlete alatt. Legelőször a RISC (Reduced Instructions Set Computer) utasításkészletet használták, ez leegyszerűsített, rövid utasításokat tartalmazott. Elsődlegesnek tekintette a sebességet, és az egyszerűséget. Később a CISC-et (Complex Instructions Set Computer) alkalmazták, ez már több, hosszabb utasítást tartalmazott, ám a túl sok, bonyolult utasítás nem bizonyult célravezetőnek, ezért visszatértek a RISC-hez. Ma már persze rengeteg utasításkészlet van, melyben keverednek a RISC és a CISC irányelvei (SSE, 3D Now!).

A TOKOZÁS

Tokozáson a processzor külső burkát, érintkezőinek kialakítását értjük. Két elterjedt fajtája van:

PGA-tokozás (manapság használatos): itt a csatlakozók a négyzet alakú tok a alján helyezkednek el. Lehetséges olyan fajtája is, hogy a tűk az alaplapon helyezkednek el, és processzoron csak az érintkezők találhatóak. Ezen belül is lehet:
- CPGA azaz kerámia tok
- PPGA műanyag tok

SECC-tokozás : a tok inkább egy kazettára hasonlít, az érintkezők (tűk) az alján vannak.

PROCESSZOROK - INTEL ÉS AMD - 1978-2006

Dátum Név Bit Órajel [MHz] L1 [kB] L2 [kB] FSB [MHz] Tokozás Utasításkészlet
1978. Intel 8086 16 5-10 - - - - -
1979. Intel 8088 16 5-10 - - - - -
1980. Intel 80186 8/16 25 - - - - -
1982. Intel 80286 16 8-20 - - - - -
1985. Intel 386 32 16-33 - - - - -
1989. Intel 486 32 25-100 8 - - - -
1993. Intel Pentium 32 60-200 8+8 - 50/60 Socket 4-5-7 -
1994. AMD 486DX 32 75-120 - - - - -
1995. AMD 5x86 32 33-133 16 - - - -
1995. Intel Pentium Pro 32 200 8+8 1024 - - -
1996. már. AMD K5 32 75-133 8+16 - 50/66 Socket 5-7 -
1997. Intel Pentium MMX 32 233 16+16 - 50/66 Socket 5-7 -
1997. Intel Pentium MMX 32 233 16+16 - 50/66 Socket 5-7 -
1997. ápr. AMD K6 32 166-300 32+32 - 66 Socket 7 MMX
1997. Intel Pentium II 32 166-450 16+16 512 66/100 Slot 1 -
1999. máj. Intel Pentium III Katmai 32 450-600 16+16 512 100/133 Slot 1 MMX, SSE
1999. jún. AMD Athlon Classic 32 500-1000 64+64 512 100 Slot A MMX, 3DNow!
1999. okt. Intel Pentium III Coppermine 32 533-1133 16+16 256 100/133 Slot 1, Socket 370 MMX, SSE
2000. jún. AMD Athlon Thunderbird 32 650-1400 64+64 256 100/133 Slot A, Socket A MMX, 3DNow!
2000. nov. Intel Pentium IV Willamette 32 1400-2000 8+12 256 133 Socket 423-478 MMX, SSE, SSE2
2001. Intel Pentium III Tualatin 32 1000-1400 16+16 512 133 Socket 370 MMX, SSE
2001. okt. AMD Athlon XP Palomino 32 1333-1733 64+64 256 133 Socket A MMX, SSE, 3DNow!
2002. jan. Intel Pentium IV Northwood 32 1600-3200 8+12 512 200 Socket 478 MMX, SSE, SSE2, SSE3
2002. jún. AMD Athlon XP Thoroughbred A/B 32 1400-2250 64+64 256 133/166 Socket A MMX, SSE, 3DNow!
2003. feb. AMD Athlon XP Barton 32 1833-2200 64+64 512 166/200 Socket A MMX, SSE, 3DNow!
2003. szep. AMD Athlon XP Thorton 32 1667-2200 64+64 256 133/200 Socket A MMX, SSE, 3DNow!
2003. szep. AMD Athlon 64 Clawhammer 64 2000-2600 64+64 1024 200 Socket 754-939 MMX, SSE, SSE2, AMD64, 3DNow!
2004. feb. Intel Pentium IV Prescott 32/64 2800-3800 16+12 1024 200 Socket 478, LGA 775 MMX, SSE, SSE2, SSE3 (EM64T)
2004. AMD Athlon 64 Newcastle 64 1800-2400 64+64 512 200 Socket 754-939 MMX, SSE, SSE2, AMD64, 3DNow!
2004. AMD Athlon 64 Winchester 64 1800-2200 64+64 512 200 Socket 939 MMX, SSE, SSE2, AMD64, 3DNow!
2005. Intel Pentium IV Prescott 2M 64 3600-3800 32+32 2048 200 LGA 775 MMX, SSE, SSE2, SSE3, EM64T
2005. ápr. AMD Athlon 64 Venice 64 1800-2400 64+64 512 200 Socket 939 MMX, SSE, SSE2, SSE3, AMD64, 3DNow!
2005. ápr. AMD Athlon 64 San Diego 64 2200-2600 64+64 1024 200 Socket 939 MMX, SSE, SSE2, SSE3, AMD64, 3DNow!
2005. ápr. AMD Athlon 64 X2 Toledo 64 2200-2400 64+64 512/1024 200 Socket 939 MMX, SSE, SSE2, SSE3, AMD64, 3DNow!
2005. máj. Intel Pentium D Smithfield 64 2800-3200 32+32 1024 133/200 LGA 775 MMX, SSE, SSE2, SSE3, EM64T
2005. aug. AMD Athlon 64 X2 Manchester 64 2000-2400 64+64 512 200 Socket 939 MMX, SSE, SSE2, SSE3, AMD64, 3DNow!
2006. Intel Pentium IV Cedar Mill 64 3000-3600 32+32 2048 200 LGA 775 MMX, SSE, SSE2, SSE3, EM64T
2006. Intel Pentium D Presler 64 2800-3733 32+32 2048 200 LGA 775 MMX, SSE, SSE2, SSE3, EM64T
2006. máj. AMD Athlon 64 Orleans 64 2000-2600 64+64 512 200 Socket AM2 MMX, SSE, SSE2, SSE3, AMD64, 3DNow!
2006. máj. AMD Athlon 64 X2 Windsor 64 2000-3000 64+64 256/512/1024 200 Socket AM2 MMX, SSE, SSE2, SSE3, AMD64, 3DNow!
2006. júl. Intel Core 2 Duo Conroe 64 1866-3000 32+32 2048/4096 266/333 LGA 775 MMX, SSE, SSE2, SSE3, SSE4, EM64T
2006. júl. Intel Core 2 Duo Allendale 64 1800-2200 32+32 2048 200/266 LGA 775 MMX, SSE, SSE2, SSE3, SSE4, EM64T
2006. nov. Intel Core 2 Quad Kentsfield 64 2400-2933 32+32 8192 266 LGA 775 MMX, SSE, SSE2, SSE3, SSE4, EM64T
2006. dec. AMD Athlon 64 X2 Brisbane 64 1900-2600 64+64 512 200 Socket AM2 MMX, SSE, SSE2, SSE3, AMD64, 3DNow!

Bár az egész processzormizéria az Intel 8086-tal kezdődött, én az AMD K5-től kezdem a történetet. A K5 sok szempontból bukásnak számított, de bebizonyította, hogy az AMD egyedül is képes processzort gyártani. Bukásának oka, hogy csökkentett utasításkészletű, tehát RISC processzor volt, lebegőpontos teljesítménye nagyban elmaradt a várttól. Az AMD ennél a szériánál vezette be a "K" előtagot. A betű a kriptonitot jelöli, az egyetlen anyagot, ami képes elpusztítani Supermant (más néven az Intelt).

Ezután még egy bukást nem engedhetett meg magának a társaság, gondban voltak, így a K6-ossal biztosra kellett menniük. 1996-ban felvásárolták az indiai NexGent. A NexGennél számos olyan mérnök dolgozott, aki korábban az Intelnél állt alkalmazásban. A K6 sikert aratott. Ez a termék már a Pentium II ellenfele lett, az AMD beérte az Intelt. Sikereit annak köszönhette, hogy koprocesszort adtak a maghoz, kompatibilissé tették a Pentiumos alaplapokkal, így a felhasználóknak nem kellett alaplapot cserélniük.

1999-ben piacra kerültek az első K7-esek, az Athlonok. Kiderült, hogy az Intel tényleg legyőzhető. Az Athlonok akkoriban a világ legerősebb x86-os processzorainak számítottak. A chip tervezésében fontos szerep jutott az Alpha mérnökeinek, akik jellemzően képtelenek voltak lassú processzorokat tervezni. Az Athlonok óriási sikert arattak, hiszen olcsón nyújtottak remek teljesítményt. Az architektúra sikerességét mutatja, hogy nem csak az 1999-ben megjelent Pentium III-at, hanem a 2000-ben érkező Pentium 4-et is könnyedén legyőzte az Athlon. A K7-es gyártása kisebb változtatásokkal négy évig kitartott, 2003-ra azonban már érezni lehetett, hogy kezd kifogyni a szusz az architektúrából. A Pentium 4 kezdeti gyengesége eltűnni látszott, néhány átalakításnak és az órajel növelésének köszönhetően az Intel processzora folyamatosan dolgozta le hátrányát az Athlonnal szemben. A K7-esek utolsó generációja már csak nevében vette fel a harcot konkurense ellen, hiszen amíg egy Athlon XP 2000+ a legtöbb esetben gyorsabb volt, mint egy 2 GHz-es Pentium 4-es, az Athlon XP 3200+ processzor teljesítménye már elmaradt a 3,2 GHz-es Pentiumétól.

2003-ban megjelent az Athlon 64, mely hosszú időre bevéste az emberek agyába, hogy az AMD gyorsabb processzorokat gyárt, mint az Intel. A következő három évben a nagyobbik gyártó nem tudott olyan terméket a piacra dobni, ami legyőzte volna az Athlon 64-eseket, ráadásul az AMD nem csak erejével, hanem újításaival is megelőzte vetélytársát. Ebben a processzorban mutatkozott be a 64 bites utasításkészlet, ami az otthoni számítógépek sebességében nem jelentett komoly előrelépést, a nagyközönségnek azonban jelentős marketingértékkel bírt. Presztízsszempontból pedig óriási volt annak a jelentősége, hogy az Athlon 64-esek elterjedésének hála az Intel kénytelen volt szégyenszemre az AMD 64 bites utasításkészletét lemásolni, pár éves késéssel. A K8-asra épülő szerverprocesszorok, az Opteronok is egyre nagyobb szeletet hasítottak ki maguknak abból a piacról, amelyiken korábban az Intel, az IBM és a Sun osztozott. Ez utóbbi cég 2003 óta Opteronra épülő számítógépeket is fejleszt és forgalmaz. Az Athlon 64-esekkel érkeztek meg az AMD első kétmagos processzorai, az Athlon 64 X2, valamint az új Opteronok is, ezekkel a termékekkel újra megelőzte riválisát az AMD. A K8-asok sikerének hála a felhasználóknak fel sem tűnik, hogy az AMD processzorai igencsak megdrágultak az utóbbi években. Az Intel a Pentium 4-es és Pentium D sorozattal képtelen volt felvenni a harcot az Athlonokkal, így agresszív árpolitikát folytatva folyamatosan aláígér a konkurenciának. Az AMD-t viszont kevéssé aggasztotta a lépés, hiszen még a stabilan magas árak mellett is eladott mindent, amit csak legyártott. A gondot pont ez jelentette, továbbra is kevés üzem állt a cég rendelkezésére, és ezek 150%-os leterheltség mellett sem tudták kielégíteni a piaci igényeket.

2006 tavaszán megérkezett az Athlon 64-ek némileg frissített verziója, melyek már támogatták a DDR2-eseket, de ez nem hozott igazi gyorsulást.

2006 második felében az Intel visszavágott: kihátrált a zsákutcából, amibe a Pentium 4-essel mászott bele, és visszatért a gyökerekhez, megalkotta a Core 2 Duo processzorokat, melyek felépítése leginkább a Pentium II-esekére emlékeztet. Gyorsabbak lettek, mint az Athlon 64-ek, de ez ennyi év lemaradás után már elvárható volt...

Shaman

Menü

Főoldal

Hírek

Cikkek

Letöltések

Web MSN

Linkek

Kapcsolat


Hirdetés

Firefox Magyar Honlap Linkek Google PageRank