Microprocessori Intel e Amd confronto e storia
Microprocessori Intel e Amd confronto e storia
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IL MICROPROCESSORE: IL CUORE DEL COMPUTER
Quando si parla di velocità di un computer bisogna tener conto dei molti diversi componenti che lo formano. La velocità nell’eseguire un programma può dipendere dalla quantità di memoria ram presente nel computer, dalla potenza della scheda video nel caso che si tratti di un programma con grafica molto complessa e così via, ma il vero cuore del computer è il microprocessore chiamato anche più semplicemente chip.
E’ all’interno dei chip, infatti, che vengono elaborate migliaia di informazioni al secondo e permettono al computer di compiere quella lunga ed elaborata sequenza di istruzioni che noi facciamo iniziare con un semplice “clic” del mouse e se pensiamo che tutta quella fittissima rete di circuiti elettrici occupa uno spazio inferiore ad un centimetro, non riusciamo a capire come tutto ciò sia possibile.
Qui di seguito cercheremo di spiegarlo partendo dalla costruzione di un chip fino ad arrivare ad un confronto tra le prestazioni dei vari processori presenti in questo periodo sul mercato.
Il primo computer della storia si chiamava “Eniac”, fu costruito nel 1947 e pesava circa 30 tonnellate. Come è possibile, allora, essere arrivati ai leggerissimi portatili? E’ molto semplice: Eniac funzionava grazie alle vecchie valvole che possiamo ancora trovare in qualche radio d’epoca, ma l’anno successivo alla sua costruzione fu inventato il transistor che andava a sostituire le valvole a vuoto. La parola “transistor” deriva dalla contrazione di due parole inglesi e cioè “transferring” e “resistor” (in italiano “trasferimento di resistenza”).
Alla base dei transistor ci sono i semiconduttori: particolari materiali che si trovano a metà tra i conduttori e gli isolanti. All’inizio venne utilizzato il germanio, ma essendo un materiale raro e costoso, spinse i ricercatori a trovare un nuovo materiale che avesse le stesse caratteristiche e lo trovarono nel silicio. Di certo è meno costoso del germanio dato che è uno dei maggiori componenti della comunissima sabbia ed in più si scoprì che aggiungendo delle impurità al silicio, questo poteva servire anche da amplificatore, raddrizzatore e sorgente di onde elettromagnetiche.
Come si può, quindi, da un semplice pugno di sabbia arrivare ad un chip e di conseguenza ad un circuito integrato (IC)? Qui di seguito riporteremo il processo di costruzione di un chip, ma prima è necessario soffermarsi sul cosiddetto “drogaggio” del silicio: si tratta di aggiungere delle impurità al silicio in modo da ottenerne uno di tipo p ed un altro di tipo n. Nel silicio di tipo p l’elettricità passa grazie ad un eccesso di cariche positive: si viene a formare una lacuna (portatrice di cariche positive) e grazie al loro spostamento verso il polo negativo, si forma un passaggio di corrente. Nel silicio di tipo n avviene il contrario e quindi c’è un eccesso di cariche negative, gli elettroni si spostano verso il polo positivo e anche in questo caso si crea un passaggio di corrente.
L’introduzione delle impurità e quindi il drogaggio del silicio è indispensabile per modificarne (in questo caso diminuire) la sua resistività in modo da adattarlo alle proprie esigenze.
Vediamo ora la sequenza di operazioni necessarie alla realizzazione di un chip.
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Si parte da un semplice disco di silicio chiamato “wafer” su cui si forma una patina ossidata (spessa 0,8 micron). Su questo si deposita uno strato di resina fotosensibile: questo perché i circuiti da creare sono troppo piccoli per essere fatti dall’uomo ed in più c’è bisogno di un’assoluta precisione. Successivamente, infatti, viene posizionata davanti al disco di silicio una maschera su cui sono stati stampati i circuiti, ed il tutto viene esposto a dei raggi |
UV. In pratica assomiglia al processo in cui la pellicola viene impressionata dalla luce quando si scatta una fotografia. Fatto questo, la resina viene tolta grazie ad un processo ad acquaforte (un solvente), vengono aggiunte le impurità, vengono creati gli elettrodi di ogni chip e alla fine da un singolo wafer con un diametro di 20 cm, si ottengono circa 200 chip. Partendo dal wafer di silicio ci vogliono circa sei settimane per arrivare ad avere i chip pronti ad essere inseriti e utilizzati poiché oltre al tempo materiale per produrli, bisogna considerare il fatto che ogni singolo processore viene testato (come si vede nella foto della pagina precedente) in modo da escludere la possibilità di mettere in commercio pezzi non funzionanti.
In realtà la sequenza di istruzioni per creare un chip e le istruzioni stesse sono molto più complicate. Tuttavia abbiamo cercato di dare un’idea di come si possa arrivare ad ottenere il tanto famoso processore che si trova all’interno del computer.
Ora che più o meno sappiamo come è fatto un microchip ci chiediamo da cosa dipenda la sua velocità. La risposta sta nel numero di transistor che sono presenti nel processore o meglio, detto con termini tecnici, dipende dalla densità d’integrazione.
 Processore Pentium II della multinazionale Intel. |
Negli anni settanta nacquero gli LSI (Large Scale Integration) nei quali erano contenuti 10.000 transistor; gli anni ottanta furono segnati dall’epoca dei Super LSI la cui densità di integrazione era pari 100.000; negli anni novanta arrivano i VLSI (Very Large Scale Integration) e la loro densità di integrazione è di 1.000.000. Infine al giorno d’oggi e nei prossimi anni i processori utilizzati sono del tipo ULSI (Ultra Large Scale Integration) che hanno 10.000.000 di transistor e possono elaborare miliardi di informazioni al secondo. Questi numeri forse potrebbero far pensare che questi processori sono potentissimi, ma in realtà la tecnologia avanza rapidamente e presto saranno necessari processori molto più potenti. |
Gordon Moore (oggi presidente onorario della Intel) elaborò una legge secondo la quale ogni diciotto mesi la densità di integrazione di un chip raddoppia e finora le sue previsioni si sono verificate.
Che cosa succede ai vecchi processori? In realtà non si smette di produrli, ma vengono utilizzati ugualmente anche se non nei computer. Ad esempio possono essere inseriti nei “Set top boxes” (le console utilizzate per navigare in Internet usando lo schermo del televisore) o addirittura negli elettrodomestici, insomma in qualsiasi apparecchio elettronico che abbia bisogno di un processore, ma non necessariamente della massima potenza. In questo modo si aggiunge il vantaggio delle piccole dimensioni di questi processori ed in più, dato che altrimenti i chip resterebbero inutilizzati, anche il costo è minimo. Una rivista specializzata per computer conclude un articolo in questo modo: “In un futuro non lontano, smontando la lavatrice potremo trovarci dentro un Pentium II, identico a quello che avevamo dentro al nostro vecchio computer”.
Le dimensioni dei processori sono sempre più ridotte e ormai si parla addirittura di micron: le piste su cui viaggiano le informazioni come abbiamo già detto si formano utilizzando il processo della fotoincisione perché il loro spessore varia tra i 5 e i 15 micron (circa cento volte inferiore al diametro di un capello). Pensate allora ai danni che potrebbe causare un capello che per sbaglio cade su di un wafer o le particelle di polvere o qualsiasi altro corpo estraneo. Per ovviare a questi gravi problemi la Intel (che ormai lavora in regime di monopolio) ha ideato dei metodi sicuri al 100%: innanzi tutto le loro fabbriche sono completamente sterili (10.000 volte più pulite di una sala operatoria) e poi è nata la figura del “bunny-man”. Letteralmente significa uomo-coniglio ed è dovuto al fatto che queste persone sono vestite completamente di bianco: indossano infatti una speciale tuta che li isola completamente dall’esterno. In questo modo non ci sarà né polvere, né capelli, né qualsiasi altro corpo estraneo che potrebbe danneggiare i delicatissimi microprocessori. Il lavoro di queste persone richiede un’altissima precisione e concentrazione a partire dall’indossare queste particolari tute e ciononostante compiono pesanti turni a volte anche di 8-12 ore.
La complicata serie di operazioni che queste persone devono compiere per indossare la tuta potrebbe richiedere dai 30 ai 40 minuti, ma i bunny-man devono fare tutto in soli 5 minuti ed è indispensabile non saltare nessuno dei passaggi qui riportati perché si rischierebbe di compromettere il lavoro di settimane. In ogni caso non riporteremo tutto quello che gli uomini-coniglio devono fare prima di entrare nelle camere sterili dove si lavora alla produzione dei processori poiché l’elenco conta più di quaranta punti diversi. |
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Tuttavia riporteremo uno dei punti più “divertenti”: per indossare gli stivali della tuta, devono sedersi nella parte “sporca” della panca, infilare uno stivale e riappoggiare la gamba nella parte “pulita”; poi infilare lo stivale della gamba rimasta nella parte sporca e spostarsi con tutto il resto del corpo nella parte pulita della panca.
Mantenere la più assoluta pulizia nelle zone delle fabbriche della Intel in cui si producono i chip richiede una tecnologia avanzata e di certo potrebbe sembrare esagerato, ma è indispensabile per permettervi di acquistare un computer ed essere sicuri che il processore funzioni perfettamente.
Pensare che la velocità di un computer dipenda dal suo processore è allo stesso tempo giusto e sbagliato: infatti lo stesso processore montato su computer diversi darà risultati diversi. Bisogna tener conto di molti altri componenti del computer tra i quali i più importanti per la velocità di esecuzione sono la scheda video e la quantità di memoria ram disponibile.
A cosa serve questa continua gara per produrre sempre processori più potenti? E soprattutto per quanto continuerà? La legge di Moore vale all’infinito? Per rispondere alla prima domanda possiamo dire che il computer sta aprendo nuovi orizzonti: Internet sta prendendo sempre più piede in tutto il mondo quando invece fino a qualche anno fa sembrava qualcosa di così astratto e irrealizzabile. Occorreranno processori sempre più potenti per poter sfruttare al meglio questa grande miniera di informazioni che ci viene messa a disposizione: suoni, filmati, animazioni sono solo una parte di quello che già è stato realizzato. Pensate alla quantità di informazioni che deve analizzare un processore quando due persone parlano tra di loro attraverso il computer utilizzando un microfono e una telecamera: indipendentemente dalla distanza, per ottenere una buona qualità delle immagini e dell’audio occorrono miliardi di informazioni al secondo e i processori inventati fino ad ora non sono ancora in grado di fornire risultati abbastanza soddisfacenti.
Per rispondere alle altre domande, si pensa che siamo a circa metà dell’evoluzione informatica e che tutto questa continua ricerca del chip più potente continuerà circa per un altro secolo. Ovviamente tutto questo tenendo conto delle tecnologie che abbiamo a disposizione, ma chissà dove si potrà arrivare tra un secolo. In un articolo del “The Sunday Times” erano stati fatti dei pronostici secondo i quali in un futuro non molto lontano (circa 20 anni) esisteranno computer controllati direttamente dal nostro cervello; cuori e occhi artificiali e altre apparecchiature per il continuo monitoraggio del nostro stato di salute permetteranno di portare la speranza di vita a cento anni e questi sono solo alcuni dei tanti pronostici del giornale.
Tuttavia occorre fare una distinzione tra quello che è realizzabile e ciò che è pura fantascienza, ma al momento chi potrebbe tracciare un netto confine tra realtà e immaginazione?
Fonte: http://ipertestiscuola.altervista.org/varie/microprocessori.zip
Autore del testo: non indicato nel documento di origine
Microprocessori Intel e Amd confronto e storia
Processori Intel
Anno MHz FSB Tecnologie
Pentium |
1993 |
60/66 |
33 MHz |
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Pentium MMX |
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57 nuove istruzioni per applicazioni multimediali |
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Pentium III |
1999 |
450 |
100/133 |
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Pentium 4 |
Nov 2000 |
Max 3,73 GHz |
!00x4=400 1066 |
Pipeline a 20 stadi |
Le istruzioni x86 sono convertite in istruzioni RISC da 118 bit |
Itanium |
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Tecnologia EPIC di tipo VLIW |
Molti registri a 64 bit |
Pentium D |
2005-2008 |
2,66 – 3,6 GHz |
533-800 MT/s |
Concorrente di AMD ATHLON 64x2 |
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Intel Core 2 Duo |
E8400 |
3 GHz |
1333 MHz |
Set istruzioni: MMX,SSE,SSE2,SSE3, X86-64 |
EM64T è il nome della tecnologia a 64 bit di Intel |
Intel Core I7 975 |
2009 |
3,33 GHz |
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4 ore (8 thread) |
Hyperthreading |
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Legge di Moore: le prestazioni dei processori e il numero dei transistor raddoppiano ogni 18 mesi.
Fonte: http://sistemisds.altervista.org/Sintesi_SisOp/Processori%20Intel.doc
La storia del PC è legata alla storia dell'Intel, che con la sua linea di processori a basso costo ha permesso lo sviluppo e l'ampia diffusione dei PC. Altri produttori, come la Motorola, hanno messo sul mercato CPU di qualità, ma non hanno avuto la stessa diffusione ed importanza dell'Intel.
L'AMD e, per un certo tempo la Cyrix, hanno creato "cloni" delle CPU Intel, quasi completamente compatibili. L'AMD, coll'Athlon, ha prodotto ad un certo punto processori migliori di quelli dell'Intel, e con l'Athlon 64 e' stata protagonista dell'evoluzione dei PC verso i 64 bits. Attualmente Intel ed AMD si spartiscono il mercato delle CPU per PC, ci sono anche altri fornitori, ma di meno successo. L'architettura di queste CPU e' denominata X86, questi processori hanno un set di istruzioni di tipo CISC, con parole in little endian order. Le prime versioni di queste CPU avevano 16 registri a 16 bit : 4 registri generali utilizzati per i calcoli e vari registri speciali, che servono a gestire puntatori alla memoria, gli IRQ, le eccezioni etc.; con i processori 386 i registri furono portati a 32 bits, vennero poi introdotti registri ed istruzioni per il calcolo float. Le versioni successive videro aggiunte dedicate alla grafica, come le istruzioni MMX, che utilizzano i registri float per istruzioni di tipo SIMD, le istruzioni SSE, che utilizzano 8 nuovi registri a 128 bit per il
calcolo float. Pian piano siamo arrivati agli odierni microprocessori i quali hanno subito numerose evoluzioni rendendoli sempre più potenti ed efficienti.
Con l’Intel 8086 inizia la storia dei PC, esso è l’antenato dei processori odierni, i quali sono delle evoluzioni che mantengono lo stesso tipo di architettura.
Questo processore racchiudeva in se circa 29.000 transistor e aveva una frequenza di clock di circa 8 Mhz. Il package ha una struttura detta “Dual Line” che significa che ha due file di 20 pin parallele.
L'unità di interfaccia con il bus (detta BIU da Bus Interface Unit) passa le istruzioni all'unità di esecuzione (detta EU da Execution Unit attraverso una coda di prefetch, in modo che il fetch e l'esecuzione delle istruzioni fosse contemporaneo – una forma primitiva di pipelining (le istruzioni dell'8086 avevano una dimensione tra 1 e 4 byte).
L’Intel 8086 è un microprocessore a 16 bit progettato dalla Intel nel 1978, che diede origine all'architettura x86. È basato sull'8080 e sull'8085, con un insieme di registri simili, ma a 16 bit.
Ha quattro registri a 16 bit per uso generico, a cui si può accedere come se fossero otto registri a 8 bit, e quattro registri a 16 bit di indice. I registri per i dati sono spesso utilizzati implicitamente dalle istruzioni, complicando l'uso degli stessi per memorizzare valori temporanei. Ha uno spazio di indirizzamento a 16 bit per l'I/O cioè può accedere a 65.536 dispositivi di I/O a 8 bit e dispone di una tabella di vettori per gli interrupt fissa. La maggior parte delle istruzioni possono accedere ad una sola locazione di memoria, perciò uno degli operandi deve essere un registro. Il risultato viene memorizzato in uno degli operandi.
Ci sono anche quattro registri per i segmenti che possono essere calcolati dai registri di indice. I registri di segmento permettono alla cpu di accedere ad un megabyte di memoria in un modo particolare. Invece di fornire i byte mancanti, come nella maggior parte dei processori che supportano la segmentazione, l'8086 fa uno shift a sinistra di 4 bit del registro di segmento e lo somma all'indirizzo. Il risultato è che i segmenti si sovrappongono, il che è stato considerato come un indice di cattiva progettazione da molti sviluppatori. Anche se questo fu un vantaggio per la programmazione in linguaggio assembly, dove il controllo sui segmenti è completo, causò confusione nei linguaggi che fanno molto uso dei puntatori (come ad esempio il linguaggio C). Rese difficile una rappresentazione efficiente dei puntatori e rese possibile avere due puntatori con valori diversi ma che puntano ad una stessa locazione di memoria. Inoltre questo scherma rese difficile aumentare lo spazio di indirizzamento a più di un megabyte.
Fonte: http://ricci.intermedia2000.com/Classe3/DeVita/DeVita_Compito%20Intel%208086.doc
autore: De Vita ?
I PROCESSORI INTEL NEL DETTAGLIO
L'evoluzione dei processori Intel, la multinazionale che, nonostante le agguerrite concorrenti Amd e Cyrix rappresenta di fatto la monopolista del settore, è legata ai progressi della tecnologia e alla diffusione del personal computer nelle varie fasce d'utenza.
Si tratta molto spesso di caratteristiche ed innovazioni che ritroviamo ancora oggi nei moderni microprocessori.
1971: microprocessore 4004
Il primo microprocessore per suo generico nasce da un'intuizione: quando la Busicom, produttrice giapponese di calcolatrici, ordina alla Intel la produzione di un set di dodici chip di differenti tipologie, l'ingegnere Ted Hoff pensò di incorporare in un unico microprocessore tutte le funzioni del set.
Nasce il primo dispositivo programmabile e controllabile tramite un linguaggio di programmazione in grado di soddisfare le necessità di elaborazione più disparate. Il 4004 era dotato di registri capaci di gestire 4 bit alla volta.
1972: microprocessore 8008
Il 4004 era in grado di operare esclusivamente con cifre numeriche, ma per generalizzare l'uso del processore era necessario aumentare le dimensioni dei registri per poter trattare tutti i caratteri alfanumerici e di punteggiatura. Con sei bit era possibile rappresentare tutti i caratteri alfanumerici, ma non i vari caratteri di punteggiatura. L'emergere contemporaneo del byte a otto bit quale standard di codifica dei dati digitali favorì la scelta di questo formato quale dimensione del registro del nuovo microprocessore.
1974: microprocessore 8080
Il processore 8080, versione migliorata del 8008 in grado di gestire un numero maggiore di istruzioni, diventò il cervello del primo personal computer, l'Altair. Gli hobbisti di informatica potevano acquistare un kit per l'Altair al prezzo di 395 dollari. In pochi mesi, ne furono vendute decine di migliaia, dando luogo ai primi arretrati di ordinativi di PC nella storia.
A questo punto alcuni collaboratori di Hoff lasciarono la Intel per fondare la compagnia Zilog Corporation, che produsse un'ulteriore evoluzione dell'8080: lo Z80.
Intel nel frattempo realizzò l'8085, studiato per funzionare con un'unica alimentazione a 5 volt. Si entra nella seconda generazione.
1978: microprocessore 8086
Appartiene alla terza generazione di microprocessori: la dimensione dei registri raddoppia ulteriormente e si entra nell'era dei 16 bit. Il guadagno in termini di prestazioni risulta essere così dieci volte maggiore rispetto a quello dell'8080. Attraverso un bus dei dati di 20 bit è in grado di indirizzare direttamente 1 Mb di memoria, una quantità pressoché infinita per quei tempi.
La novità apportata dal processore era l'utilizzo della memoria in modo segmentato.
1979: microprocessore 8088
Rappresenta un passo indietro nell'evoluzione: mantiene il set di istruzioni e le dimensioni dei registri dell'8086, ma il bus dei dati è ridotto a otto bit, contro i sedici del processore precedente. Questa operazione è stata fatta per rendere l'8088 compatibile con gli adattatori hardware in commercio e per poter impiegare chip di supporto economici e facilmente reperibili nei primi personal computer.
Il processore 8088 diventò quindi il cervello del nuovo prodotto di punta dell'IBM: l'IBM PC. La struttura a 16 bit pose il personal di Big Blue in posizione di vantaggio rispetto agli altri microcomputer, completamente a otto bit. Più tardi l'IBM realizzerà la linea di personal PS/2, basata sul più potente processore 8086.
Il passaggio dai microprocessori a 8 bit ai microprocessori a 16 bit non va solamente visto come un'evoluzione quantitativa delle potenzialità dei microprocessori ma come evoluzione qualitativa nel tentativo di ricreare le potenzialità dei primi minicomputer e mainframe in un personal computer.
1982: microprocessore 80286
Dopo l'80186 e l'80188, venne commercializzato nel tardo 1982 il processore 286, che rappresentò una vera e propria rivoluzione nel mondo personal. Fu il primo processore completamente a 16 bit, in grado cioè di accedere a due byte di memoria consecutivi in un'unica operazione.
Tra le nuove caratteristiche, cinque nuovi registri per la gestione della memoria in modalità multitasking e la possibilità, per mantenere la compatibilità verso il basso, di poter lavorare in modalità reale o protetta. Nella prima modalità si comporta come l'8086 e non utilizza i nuovi registri: è compatibile con il suo predecessore, col vantaggio di essere molto più veloce. Nella modalità protetta consente il multitasking e la protezione tra task e memoria virtuale. La modalità protetta non ebbe inizialmente successo: le applicazioni per 8086 esistenti non erano compatibili e solo nel 1987 verrà sviluppato l'OS/2, un sistema operativo in grado di operare in modalità protetta.
La frequenza di clock inizialmente era di 6 MHz, divenne presto otto, quindi dieci e poi 12 nel 1984. Negli anni successivi, usciranno versioni a 16 e persino a 20 MHz.
Secondo alcune stime, entro 6 anni dall'introduzione del processore 286, i personal computer basati su questo processore erano 15 milioni in tutto il mondo. Con il 286, il PC esce dalla categoria dei sistemi batch (sistemi che eseguono vari lavori in sequenza) per entrare a fare parte dei sistemi multitasking (sistemi nei quali i processi possono avanzare in parallelo).
1985: microprocessore 80386
Con questo processore si realizza un ulteriore passo avanti: raddoppiano la dimensione dei registri e del bus dei dati, portati a 32 bit reali. Questo fa sì che si possano eseguire istruzioni con numeri maggiori come operandi.
E' in grado di eseguire tutte le istruzioni dei chip precedenti, ma li sorpassa in termini di prestazioni. I primi chip operavano a frequenze di 12,5 e 16 MHz; nel tardo 1986 venne commercializzata la versione a 20 MHz, seguita due anni dopo da quella a 25 MHz. Nel 1989 arrivarono i "mostri" a 33 MHz.
L'80386 può lavorare in tre differenti modalità: reale, protetta e virtuale 86. Nella prima modalità lavora come un 8086, ma è decisamente più veloce. In modalità protetta lavora come l'80286, consentendo il multitasking, la protezione e la gestione della memoria virtuale, consentendo però anche la paginazione. Per ridurre la frammentazione in memoria e per poter allocare processi che non potrebbero essere caricati a meno di non ricorrere alla riconfigurazione della memoria, si suddivide la memoria centrale in pagine, nelle quali allocare le parti logiche del processo. Le pagine sono di dimensioni fisse, ad esempio 4 K o una qualche potenza del 2. La modalità virtuale 86 permette di inizializzare un numero indefinito di macchine virtuali in esecuzione in modalità reale, assegnando a ciascun processo 1 Mb di memoria e una copia del DOS, come se si trattasse di un elaboratore 8086. Ogni macchina virtuale è in grado di gestire autonomamente un applicativo, mantenendolo isolato dalle altre istanze. In questo modo, un programma viene eseguito come accadrebbe con l'8086, ma senza perdere i vantaggi della modalità protetta: anche se un processo si blocca, rimangono attivi il multitasking e i meccanismi di protezione e non si ferma tutto l'elaboratore.
Gli analisti avevano previsto che il processore non avrebbe avuto un mercato di largo consumo e ne prevedevano un uso limitato ad architetti e scienziati. Per soddisfare l'utenza, non disposta a pagare l'alto prezzo del processore, che in Italia nel 1984 costava circa 800 mila lire, l'Intel commercializzerà dal 1988 la serie 80386sx, con un clock interno a 16 bit, come gli 8086. Successivamente, la versione originale dell'80386 verrà commercializzata con la sigla dx.
1989: microprocessore 80486
E' un 80386 al quale viene affiancato, in un unico chip, il coprocessore 80387, dato che integra al suo interno molte di quelle parti che erano considerate moduli aggiuntivi nei microprocessori precedenti; moduli come il coprocessore matematico, appunto, o come la memoria cache.
L'Intel, pur tenendo in considerazione la compatibilità con i processori precedenti, modifica leggermente l'architettura e per la prima volta implementa delle routine Risc nella progettazione, ottenendo una diminuzione del tempo di esecuzione delle singole istruzioni a parità di frequenza di clock. Inoltre, la nuova tecnologia costruttiva permette di realizzare le comunicazioni verso l'esterno a 33 MHz evitando problemi di compatibilità con circuiterie non modernissime, mentre la velocità interna di elaborazione è di 66 MHz.
Grazie alla differente tecnologia, a parità di clock ha prestazioni da due a tre volte superiori rispetto a quelle dell'80386 e nel coprocessore matematico c'è un aumento delle prestazioni superiore al cinquanta per cento.
Il processore originale lavorava a 25 MHz, ma anche per il 486 venne adottata la stessa strategia per il processore precedente: un paio di anni più tardi uscì una versione senza coprocessore matematico (80486sx), meno potente ma meno costosa. La versione 80486dx aveva una frequenza di 33 MHz, seguita in poco tempo dall'80486dx2 (con clock a 50 MHz) e dalla versione a 66 MHz. Anche con il sopraggiungere della tecnologia Pentium, la Intel continuò la produzione dei chip 486, giungendo nel 1995 alla versione 80486dx4 con clock a 100 MHz, in grado di rivaleggiare con un Pentium a 66 MHz.
Prima di passare alla generazione dei Pentium, propongo ora una tabella riassuntiva dei modelli appena trattati, ricordando:
Il bus dei dati permette ingresso e uscita dei dati elaborati dal microprocessore.
Ad esempio, se il bus dei dati è a 32 bit, consente di trasferire in un'unica operazione 4 byte alla memoria o alle porte di input/output.
Il bus degli indirizzi viene usato dal microprocessore per localizzare i dati immagazzinati in memoria al di fuori del chip stesso.
Se il bus degli indirizzi è a 20 linee, si possono indirizzare 220= 1 Mb di memoria fisica.
Se il bus degli indirizzi è a 24 linee, si possono indirizzare 224= 16 Mb di memoria fisica.
Se il bus degli indirizzi è a 32 linee, si possono indirizzare 232= 4 Gb di memoria fisica.
1993: processore Pentium
Le caratteristiche principali sono rappresentate dalla presenza di registri a 64 bit, dalla capacità di eseguire più di una istruzione per clock, dalla notevole presenza del coprocessore matematico. Il processore, cinque volte più potente di un 486 a 25 MHz, incorpora una tecnologia che permette di miniaturizzare in un solo chip ben 3,1 milioni di transistor, rispetto al milione utilizzato nel 486.
Il Pentium è dotato di due cache aggiuntive da 8 Kb, una per il codice e una per i dati. La doppia cache incorporata rende il processore più efficiente nell'elaborazione.
La predisposizione alle operazioni di risparmio energetico permette di razionalizzare il consumo elettrico e di aggiungere ulteriori funzioni di sicurezza.
Nel 1994 viene introdotto il Pentium a 90 MHz, che funziona a 3,3 volt anziché a cinque tipici delle CPU 80x86. L'anno successivo escono processore con frequenze a clock 75, 90 e 100 MHz. A distanza di poco tempo, le CPU arrivano ad una capacità di elaborazione a 120 e 133 MHz, mentre nel 1996 escono i modelli a 150, 166 e 200 MHz. Nel 1994, un insegnante universitario scopre che il Pentium genera in certe situazioni risultati errati nei calcoli in virgola mobile.
1995: processore Pentium Pro
Presentato nell'autunno del 1995, il processore Pentium Pro è stato progettato per potenziare le applicazioni a 32 bit a livello di workstation e di server, in quanto consente di effettuare operazioni veloci di CAD, ingegneria meccanica e calcolo scientifico. Ogni processore Pentium Pro viene fornito insieme ad un secondo chip di memoria cache per il potenziamento della velocità. Il potente processore Pentium Pro vanta 5,5 milioni di transistor; la velocità minima dei modelli é di 150 MHz.
1997: processore Pentium II
Costruito con la tecnologia a 0,35 micron (la dimensione massima di un singolo transistor nel processore), il processore Pentium II conta 7,5 milioni di transistor. Incorpora la tecnologia MMX di Intel, progettata specificamente per l'elaborazione efficiente di dati video, audio e grafici. Viene fornito con un chip di memoria cache ad alta velocità in una innovativa cartuccia S.E.C. (Single Edge Contact), collegata alla scheda madre tramite un connettore che presenta una singola estremità anziché una serie di pin.
Il bus di sistema è passato dai 66 MHz, per le versioni con frequenze dai 233 ai 333 MHz, ai 100 MHz per versioni fino ai 450 MHz. Il Pentium II raggiunge la velocità di 450 MHz nell'estate 1998.
Le prime versioni del processore, nome in codice Klamath, sono state prodotte con la tecnologia a 0,35 micron. Gli ultimi modelli del Pentium II (con frequenze superiori ai 333 MHz), nome in codice Deschutes, sono stati prodotti con la tecnologia a 0,25 micron. Il Deschutes consente così, grazie alle ridotte dimensioni, un minore consumo energetico, minore surriscaldamento e quindi maggiore velocità. Esistono due versioni di Deschutes per portatili, a 300 e 366 MHz.
L'introduzione del Pentium II ha comportato però la drastica modifica della struttura delle schede madri, che devono essere in grado di ospitare l'alloggiamento del processore: uno slot invece del classico zoccolo, e i nuovi moduli per la memoria RAM, da 72 contatti (Simm) ai dieci volte più veloci moduli a 168 contatti (Dimm).
Alternative meno costose, rappresentate da AMD e Cyrix, come il K6 e il 6X86MX, hanno sottratto alla Intel una porzione significativa del mercato dei microprocessori rispetto agli anni passati e Intel comincia ora a sentire la competizione. Per riprendere i segmenti di mercato persi, Intel sta realizzando processori derivati dal Pentium II, a basso prezzo. Si chiamano Celeron e sono specifici per il mercato dei PC sotto i 1200 dollari. Esistono due versioni del Celeron, chiamate Covington e Mendocino. Sono basati sulla tecnologia a 0,25 micron, la stessa utilizzata nelle versioni Deschutes del Pentium II. Il Covington è stato il primo ad essere commercializzato ed è attualmente disponibile nelle versioni a 266 e 300 MHz. Non ha la doppia memoria cache integrata e per questo ha prestazioni minori rispetto al Pentium II, ma il prezzo, intorno ai 100 dollari (i costi di produzione sono intorno ai 40 dollari), è molto allettante. Il 24 agosto 1998, insieme al Pentium II 450, è stato introdotto il nuovo Celeron, Mendocino, a 300A e 333 MHz. Il nuovo processore offre significative migliorie, mantenendo un prezzo molto abbordabile. La differenza principale con l’altro Celeron è data dalla presenza nel Mendocino della cache di secondo livello da 128 Kb. Questa porta prestazioni più elevate, avvicinandole molto al "papà" Pentium II. Il Celeron originale conteneva 7,5 milioni di transistor, mentre il Mendocino ne contiene 19 milioni. Rispetto al Covington, le prestazioni del nuovo modello aumentano circa del 40%, mentre rispetto ai concorrenti K6 e simili, il Celeron offre prestazioni leggermente minori, ma adeguate al prezzo che viene proposto. Inoltre, si tratta di una scelta preferibile ai prodotti AMD e Cyrix per l’elevata compatibilità con giochi, applicazioni e hardware disponibili.
1999: processore Pentium III
Si tratta di un potentissimo motore 3D per applicazioni grafiche e multimediali alla frequenza di debutto di 500 MHz (esiste anche una versione più economica a 450 MHz). Il modello tocca oggi i 550 MHz, ma entro la fine dell'anno dovrebbe salire a 700 o 800 MHz, insieme alla tecnologia Agp 4x e al bus da 133 MHz.
Il processore, compatibile con il parco di applicazioni esistenti, riunisce in sé le caratteristiche migliori dei modelli precedenti. Le novità introdotte dal processore non consistono sono in un incremento di frequenza ma riguardano ottimizzazioni apportate all'architettura interna. La principale innovazione riguarda la tecnologia SSE (Streaming SIMD Extension), settanta nuove istruzioni che permettono di svolgere calcoli più accurati e più complessi, fino a quattro volte più veloci rispetto al Pentium II.
La campagna pubblicitaria insiste molto sul fatto che il Pentium III è un processore studiato per la Rete: in realtà, il processore non velocizza il collegamento, che dipenderà sempre dal modem e dalla linea, ma adotta nuove funzioni matematiche che permettono di ridurre la quantità di dati da scaricare. Ad esempio, per vedere un filmato on line, era necessario scaricarlo tutto; con il Pentium III, invece, basterà scaricare il primo e l'ultimo fotogramma dell'animazione insieme alla descrizione matematica del movimento nei fotogrammi intermedi: il processore ricostruirà il filmato con un risparmio in termini di dati scaricati.
Il Pentium III, oltre alle lodi, ha ricevuto anche numerose critiche. In particolare, ha sollevato grandi polemiche l'introduzione di un codice identificativo inserito elettronicamente nel processore e attivabile via software.
Con l'introduzione di un numero di serie, il Psn (Processor serial number), si potrà seguire la storia di ogni processore, dalla produzione alla vendita all'utente finale, sarà possibile l'aggiornamento dei programmi dalla rete o limitare l'accesso a certi siti considerati non adatti ai minori. Se nelle intenzioni di Intel dovrebbe servire a proteggere gli acquirenti della Rete, rendendo sicure le transazioni commerciali, d'altra parte può essere visto come uno strumento di controllo dell'utente, che permette alle aziende di conoscere nel dettaglio i nostri interessi e i nostri gusti. Infatti, se un sito Internet riesce ad identificare un processore, e quindi un utente, è possibile seguirne i movimenti attraverso la Ragnatela, violandone la privacy. Le polemiche hanno costretto la Intel a vendere il processore con il Psn disattivato, lasciando all'utente la possibilità di attivarlo.
Nell'aprile 98, è giunta la notizia che il numero di serie, pubblicizzato come strumento per la sicurezza dei dati su Internet, è già stato violato dagli hacker, che sono in grado di accedere al terminale collegato per leggerne liberamente informazioni che dovrebbero essere riservate e sicure.
LA FAMIGLIA DEI PENTIUM
Pentium
Data di commercializzazione: 22 Marzo 1993
Velocità: da 60 a 233 MHz
Transistor: da 3,1 milioni (60 e 66 MHz) a 4,5 milioni (166, 200, 233 MHz)
Cache di secondo livello: non integrata
Bus di sistema: 50, 60 e 66 MHz
Estensioni: nessuna per i primi modelli fino a 200 MHz, MMX per gli ultimi modelli a 166, 200 e 233 MHz
Alloggiamento: Socket 7
Pentium II
Data di commercializzazione: 7 Maggio 1997
Velocità: da 233 a 450 MHz
Transistor: 7,5 milioni
Cache di secondo livello: 512 Kb
Bus di sistema: 66 e 100 MHz
Estensioni: MMX
Alloggiamento: Slot 1
Pentium III
Data di commercializzazione: 26 Febbraio 1999
Velocità: da 450 a 550 MHz
Transistor: 9,5 milioni
Cache di secondo livello: 512 Kb
Bus di sistema: 100 MHz
Estensioni: MMX e Streaming Simd (in origine Kni, Katmai New Instructions)
Alloggiamento: Slot 1
MMX E STREAMING SIMD
L'MMX è un'estensione del microcodice originale x86, un vero aggiornamento al vecchio codice che è rimasto praticamente immutato dai tempi dell'80386. Si tratta di un set di istruzioni multimediali, che dovrebbe essere particolarmente sentito su quei sistemi che non dispongono di altri tipi di accelerazione multimediale, come la decodifica hardware dell'Mpeg. Il gruppo è formato da 57 comandi, prevalentemente specifici alle applicazioni multimediali, che sono stati aggiunti dal 1997 ai processori di famiglia Intel.
Streaming Simd (in origine Kni, Katmai New Instructions o MMX2) è il nome invece del set di nuove 70 istruzioni incorporate nel processore Pentium III. Di queste, ben 50 sono dedicate alla grafica 3D, altre 12 sono dedicate al motion video, quindi alle animazioni multimediali e ai filmati su DVD. Le ultime otto istruzioni rappresentano una rivoluzione per l'architettura Intel x86 e permettono di sfruttare un doppio percorso di gestione dei dati tra processore, memoria cache e RAM.
La tecnologia MMX, quando fu introdotta nei processori Pentium, al molto fumo corrispose poco arrosto: il software ottimizzato per le nuove istruzioni tardò ad arrivare e Intel rischiò un clamoroso flop. Per il Pentium III, la situazione è ben diversa: già da diciotto mesi i maggiori produttori di software hanno a loro disposizione le specifiche per realizzare applicativi adatti a sfruttare il nuovo processore.
Ma la concorrenza non resta a guardare: l'alternativa di AMD, Cyrix e IDT al nuovo set Kni è 3Dnow!, 21 comandi destinati a migliorare le prestazioni tridimensionali dei propri processori. La versione 6 delle DirectX (programmi aggiuntivi a Windows 95 e 98 specifici per poter sfruttare la nuova generazione di hardware) di Microsoft è compatibile con questi comandi.
L'ALTERNATIVA AMD
AMD lancia il successore del K6-2, introducendo per la prima volta il numero romano a fianco della sigla del chip: il K6-III (il che ricorda la sigla di un altro processore...).
Rispetto al processore precedente, rimane invariata la tecnologia 3D, come l'architettura con bus a 100 MHz, mentre sale la frequenza del processore: 400, 450 e 500 MHz.
La principale novità, che dovrebbe battere il rivale Pentium III è la cache di terzo livello incorporata. Due livelli di memoria tampone sono integrati direttamente nel chip, uno da 64 Kb e il secondo da 256 Kb, entrambi funzionanti alla stessa velocità del processore. Il terzo livello risiede sulla scheda madre e può essere montato in blocchi da 512 Kb, 1 Mb o 2 Mb che funzionano a 100 MHz. La differenza rispetto al Pentium III è notevole: il chip Amd incorpora 2368 Kb di memoria (di cui 320 Kb a velocità piena), mentre l'ultimo nato in casa Intel incorpora 544 Kb (di cui 512 Kb a velocità dimezzata rispetto al nucleo).
Il confronto sembra così vincente per il K6-III, ma non è detto che tutta la memoria cache venga utilizzata sempre; inoltre, il processore di Amd potrà funzionare solo col bus esterno a 100 MHz e non potrà essere abbinato con le nuove schede per grafiche per connettori Agp 4x che richiedono invece il bus a 133 MHz.
Fonte: http://www.marforio.org/appunti/sistemadielaborazionedelleinformazioni/I%20PROCESSORI%20INTEL%20NEL%20DETTAGLIO%20-.doc
Autore del testo: non indicato nel documento di origine
Comparazione compressione files con 7-Zip velocità processori INTEL e AMD
7-Zip integra un'altra modalità di test, con la quale è possibile anche selezionare il numero di threads da eseguire in parallelo a seconda del tipo di processore utilizzato, che riporta un risultato in MIPS dei test di compressione e decompressione.
Fonte: http://www.mrcnetwork.it/socialnews/processori/comparativa-processori-intel-e-amd-a-confronto/
sito web : http://www.mrcnetwork.it/
Autore del testo: non indicato nel documento di origine
Il chipset FSB(Front Side Bus)- Il canale di comunicazione tra i componenti Northbridge del chipset e il processore. Bus della memoria- Il canale di comunicazione tra il chipset e la memoria RAM. AGP(Accelerated Graphic Port)-Il canale di comunicazione tra il chipset e lo slot video AGP. Questo tipo di bus sta gradualmente sparendo, sostituito da PCI Express. PCI(Peripheral Component Interconnect)- Il canale di comunicazione tra il chipset e gli slot PCI. Praticamente tutte le schede di espansione sono installate negli slot PCI, incluse le schede di rete e le schede dei sintonizzatori TV. Le uniche schede che non sono installate in questi slot sono le schede videi, dato che per loro è stato previsto uno slot dedicato, l’AGP appunto. |
PCI Express- Il canale di comunicazione tra il chipset e gli slot PCI Express. Possono esserci due tipi di bus PCI Express secondo l’ampiezza di banda che consentono. Tipicamente la scheda madre ha un bus 16x dedicato alla scheda video e uno opiù bus a velocità normale per le altre schede di espansione. Ci sono anche bus di minore importanza, come quelli che controllano il lettore floppy, la porta parallela, le porte seriali, le porte USB, le porte FireWire, le porte audio e così via. |
Larghezze di banda dei diversi bus
Non tutti i bus sono uguali, anzi sono molto diversi tra loro. Hanno differente velocità e “ampiezza”. Ad esempio il bus AGP standard (1x) ha una frequenza di 66.6 MHz(abbreviata a 66 MHz). In un secondo possono passare 66 milioni di bit tra il chipset e la scheda video attraverso il bus AGP. Il bus AGP ha una ampiezza di 32 bit, quindi il numero totale di bit al secondo è 32 volte il valore appena menzionato. La velocità totale di un bus non è data solo dalla sua frequenza, ma anche dalla sua ampiezza. Questo dato è più comunemente noto come larghezza di banda.Nell’esempio 32 bit e quindi 4 byte, passano attraverso il bus AGP 66 milioni di volte al secondo: si ottiene una larghezza di banda di 266 milioni di byte al secondo, indicato spesso nella forma 266 MB/s.
Il bus AGP può essere spinto fino ad un’accelerazione pari a 8 volte questa velocità, con una larghezza di banda di circa 2 GB/s. Questa è una velocità utile per i giochi su un computer.
Il bus PCI ha una velocità massima di soli 133 MB/s, sufficiente per quasi tutte le applicazioni, ma insufficiente per le applicazioni video 3D.
Se si considera la larghezza di banda del Front Side Bus di un Pentium 4 con capacità di 64 bit e frequenza di 800 MHz, si ottiene una larghezza di banda di 6400 MB/s. In pratica è come scrivere più di un DVD pieno di dati ogni secondo.
Alcuni bus sono strutturati in modo da trasferire i dati più volte per ogni ciclo, ad esempio due, quattro o otto volte che equivale a raddoppiare, quadruplicare ottuplicare la larghezza di banda a disposizione. Il nuovo bus PCI Express è dotato di diversi canali paralleli ed è capace di trasferire i dati in diversi processi simultanei.
Alcune larghezze di banda dei bus dati
Tipo di bus Larghezza di banda
FSB (Pentium 4) 400 MHz 3200 MB/s
533 MHz 4266 MB/s
800 MHz 6400 MB/s
1066 MHz 8500 MB/s
_______________________________________________________________________________________________
Slot di espansione PCI 133 MB/s
AGP 266 MB/s
AGP 2x 533 MB/s
AGP 4x 1066 MB/s
AGP 8x 2133 MB/s
PCI Express 1x 500 MB/s
PCI Express 2x 1000 MB/s
PCI Express 4x 2000 MB/s
PCI Express 8x 4000 MB/s
PCI Express 16x 8000 MB/s
Interfacce disco IDE/ATA 33 33 MB/s
IDE/ATA 66 66 MB/s
IDE/ATA 100 100 MB/s
IDE/ATA 133 133 MB/s
SATA I 150 MB/s
SATA II 300 MB/s
Architettura del chipset
- Northbridge è il componente principale del chipset e si occupa di controllare la comunicazione tra processore, la memoria e il bus della scheda video.
- Southbridge racchiude il bus PCI, l’interfaccia IDE/SATA e le porte USB.
Da sottolineare che Intel chiama il chipset Northbridge con il nome “Memory Controller Hub” e il southbridge “I/O controller Hub” . AMD, concorrente diretto di Intel, chiama il Northbridge “System Controller” e il Southbridge “Peripheral Bus Controller”. Un fatto importante è che i processori AMD Athlon 64 incorporano al loro interno il controller della memoria, relegando il chip Northbridge a compiti meno pesanti.
Memoria Ram
La RAM è la memoria volatile del computer in cui risiedono i dati utilizzati durante il normale utilizzo del software. Quanto più è grande la memoria Ram di un computer tanto più saranno veloci i software installati, i quali non dovranno memorizzare i dati temporanei su disco fisso. Essendo una memoria volatile il contenuto della Ram è temporaneo e si resetta ad ogni nuova accensione del computer.
Le memorie SDRAM (synchronous dinamic ram) vengono catalogate a seconda della loro velocità e per esempio una SDRAM PC 133 supporta 133 MHz come anche frequenze più basse di 100 o 66 MHz. Con un funzionamento a 100 MHz il tempo di accesso è di 10 nanosecondi.
La tecnologia Double Data Rate (DDR) permette una doppia trasmissione dei dati per ogni ciclo di clock. Quindi le SDRAM DDR con un clock di 200 MHz hanno un tasso di trasferimento di 400 MHz e vengono chiamate DDR 400. Il nome convenzionale per i moduli è dato dalla loro banda; considerato un parallelismo di 64 bit (8 byte) per trasferimento si ottiene una banda di 400*8=3200 MB/s , da cui deriva il nome PC3200 da 512, 1024, 2048 MB.
Dopo la tecnologia DDR è arrivata la tecnologia DDR2 Dual Double Data Rate (successivamente DDR3) in moduli a 240 pin al posto dei moduli da 184 pin chiamati DIMM (Dual InLine Memory Module).
Fonte: http://sistemisds.altervista.org/Sintesi_SisOp/chipset1.doc
sito web: http://sistemisds.altervista.org/
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Microprocessori Intel e Amd confronto e storia
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