Презентация по теме "Процессоры"

ГПОУ ЯО Великосельский аграрный колледж

• Презентация по теме «Процессоры»
• Автор: преподаватель Агафонова И.А.
• с. Великое, 2018 г.

A

Стоимость производства одного транзистора в процессоре сегодня равна цене печати одной буквы в газете

Хотите верьте – хотите нет, но скоростной Core i7 из новой линейки Intel содержит  архитектуру  DNA, которой уже более трех десятков лет! То же самое можно сказать и про новый Phenom II X4 от AMD. 

• Эволюция домашних компьютеров началась с выпуском в 1971 году компанией Intel первого микропроцессора – 4004. До этого времени компьютеры были привилегией ученых в белых халатах и, разумеется, были не столь популярны как сейчас.
• Имея размеры всего 3 х 4 миллиметра, микропроцессор содержал 2300 элементов (современные процессоры содержат порядка 300 миллионов) и был мощнее огромного компьютера ENIAC, построенного в 1946 году. По заявлению Intel, 4004 процессор был одним из самых маленьких микропроцессоров, которые достигли коммерческого производства.
• Маленькое чудо: Трудно поверить, что такое маленькое устройство имело такое большое будущее

• I ntel 8008  — первый 8-битный  центральный процессор , разработанный фирмой  Intel Corp.  и выпущенный  1 апреля   1972 года . Процессор позиционировался как процессор для продвинутых калькуляторов общего назначения, терминалов ввода-вывода и автоматов бутылочного разлива.

Технология производства процессоров была изобретена в Intel в 1978 год

• Сначала Intel создал 8086 и свой первый 16-разрядный микропроцессор.

Год выпуска: 1978   Тактовая частота: 4.77 МГц - 10 МГц

Знаете ли вы, что благодаря успешному акту промышленного шпионажа Советский Союз создал свой аналог 8086 - K1810BM86?

• А затем Intel порадовал мировое сообщество новым процессором – 80286, созданным по 1,5-микронной технологии и обладающим грандиозным числом транзисторов (134000 штук) и 16 МБ памяти

• 1982   Тактовая частота: 6.0 МГц – 12.5 МГц
• Знаете ли вы, что Билл Гейтс обозвал 286 «глупым чипом», так он не «умел» запускать многозадачные приложения MS-DOS в среде Windows

РОЖДЕНИЕ КОНКУРЕНТА - AMD AM286

• Многое было достигнуто в последние годы в результате лицензионного соглашения между Intel и AMD по использованию последней архитектуры х86. Но чтобы посмотреть как все начиналось, вернемся в 1982 – именно в этом году AMD подписала контракт на производство и продажу процессоров 8086 и 8088. А уже на следующий год AMD выпустила Am286 – точный (вплоть до числа пинов) клон интеловского 286, но работающий с более высокой частотой. Новый процессор Am286 от AMD был не просто быстрее – он был быстрее почти в два раза. Его тактовая частота составляла 20 МГц. Так что Am286 вполне можно рассматривать как «первый удар» в конкурентной борьбе, которая длится между двумя этими компаниями вот уже почти 30 лет.

• Он мог использовать уже 4 ГБ памяти,

Знаете ли вы, что 386 стал первым массовым микропроцессором, производимым только одной компанией. Таким образом, производители ПК могли закупать  процессор  только у Intel. Такая маркетинговая политика в значительной степени способствовала успеху компании на  рынке  центральных  процессоров .

INTEL I486

К концу 80-х годов Intel успела выпустить еще один процессор – 486DX. Он стал первым  процессором  со встроенным математическим сопроцессором и первым, преодолевшим планку в 1 миллион транзисторов – число транзисторов в нем составило 1.2 млн. Подобно 386, 486DX мог адресовать до 4 ГБ памяти, имел встроенный кэш, оптимизированный набор команд и шину большей пропускной способности. Новый процессор нашел применение не только в ПК, но и в серверах.

• Большинство игроков старой школы, скорее всего, сохранили в памяти самые теплые воспоминания о часах, проведенных за миссиями различных компьютерных игр на процессорах 486DX2-66. Но с новыми требованиями, предъявляемыми 3D-графикой, 486-й процессор справлялся уже с трудом.

CYRIX CX486

• Производимая Texas Instruments серия Cyrix 486 вышла без математического сопроцессора, хотя добавление его было возможным. Серия Cx486 могла работать с первичной кэш-памятью от 1 КБ до 8 КБ и тактовой частотой до 100 МГц.

INTEL PENTIUM

• Пятое поколение интеловских

Главными нововведениями стали 64-разрядная шина, два исполнительных модуля, значительно улучшенный модуль вычислений с плавающей точкой (FPU) и более быстрая тактовая частота. Начальная частота у Pentium составляла 60 МГц, но последующие  процессоры  уже могли работать на частотах вплоть до 233 МГц. За время производства Pentium технология изготовления этих  процессоров  сменилась с 0.8 до 0.3 мк, тем самым число транзисторов было увеличено с 3.1 до 4.5 млн.

AMD AM486

• Чтобы сделать его конкурентноспособным, AMD пришлось снизить цену, подняв при этом тактовую частоту по сравнению с интеловским 486.

INTEL PENTIUM PRO

• приставка Pro «добавила» еще один миллион транзисторов (теперь их стало 5.5 млн). Но более важным стало добавление первичной кэш-памяти в 256 КБ, которая потом была увеличена до 1 МБ.

• Знаете ли вы, что Cyrix оценивала скорости своих процессоров весьма либерально: лишь немногие из Cx5x86 действительно работали на 133 МГц.

AMD K5

Технически более совершенный по отношению к Pentium, К5 содержал 4.5 млн транзисторов, 5 модулей целочисленных операций, значительно более мощный модуль предсказателя ветвлений и 16 КБ кэш (в два раза больше, чем у Pentium). К сожалению для AMD, принципиальным недостатком K5 стала низкая тактовая частота и поэтому процессор  не смог нанести ожидаемый нокаут Pentium. Соответственно, не получилось и сногсшибательного коммерческого успеха.

CYRIX 6X86 AND MII

NTEL PENTIUM II И PENTIUM II XEON

• Чтобы увеличить объемы производства, Intel перемещает вторичный кэш во внешний чип. Такое исполнение подразумевало работу кэш-памяти на скорости в два раза меньшей скорости процессора. В последних Pentium II Intel пыталась компенсировать снижение скорости увеличением кэша с 256 КБ до 512 КБ. Это делалось не только с целью снижения цены (в начале выпуска Pentium II стоил немалые деньги), но также чтобы упаковать процессор в единый контактный блок для системных плат с новым процессорным разъёмом Slot1. Pentium II впервые был произведен по 0.35-мкм технологии, которая впоследствии была заменена на 0.25-мкм. Он содержал 7.5 млн транзисторов и мог адресовать 64 ГБ памяти. Вдобавок, Pentium II стал родоначальником первых процессоров Xeon, реализованных в 1998 году. Но, в отличие от Pentium II, у Xeon объем L2 кэша достиг 2 МБ.

NTEL CELERON

• Intel выпустила в 1998 году процессор Celeron со значительно меньшей производительностью и с намного более «бюджетной» ценой.

INTEL PENTIUM III И PENTIUM III XEON

• Позже Intel выпустила Pentium III Coppermine. Coppermine имел интегрированные 256 КБ вторичной кэш-памяти, работающие с частотой ядра, удвоенный конвейер и другие улучшения, которые привели к повышению производительности в несколько раз по сравнению с первым Pentium III.

• TRANSMETA CRUSOE И EFFICEON
• Новый участник - Crusoe от Transmeta - дебютировал в на рынке х86 процессоров 2000 году. Crusoe был разработан в качестве процессора, управляющего потреблением энергии и потребляющего от 1 до 3 Вт при работе в обычном режиме. Первые чипы изготавливались с использованием 180-нм процесса (потом был осуществлен 130-нм процесс) и демонстрировали значительную экономию энергии.

AMD DURON

• Занимать лидирующее положение по производительности – это только половина успеха, и поэтому в 2000 году в дополнение к интеловскому Celeron AMD выпускает процессор Duron и покоряет «бюджетный» сектор рынка. Первые Duron обладали медленной шиной со 100 МГц и урезанным кэшем, что и определяло их низкую стоимость. Duron выпускался только с 64 КБ вторичной кэш-памяти (в отличие от привычных к тому времени 256 или 512 КБ). Диапазон частот лежал в области от 600 МГц до 950 МГц.
• Финальная версия Duron базировалась на Thoroughred Athlon XP и использовала более быструю шину (133 МГц) и тактовую частоту до 1.8 ГГц.

INTEL PENTIUM 4

• Pentium 4 превосходно справлялся как с мультимедийными и контентными задачами, так и с кодами, оптимизированными под новое ядро. А использование графических карт для 3D-графики еще больше улучшало производительность , таким образом,  процессор  Р4 заложил основу для развития игровых инструментов. Оверклокеры проявили большой интерес к ядру Northwood, выпущенному в 2002 году.

INTEL PENTIUM 4

• Год выпуска: 2000  
• Тактовая частота: 1.40 ГГц – 3.8 ГГц
• Знаете ли вы, что разогнанный "Northwood" Pentium 4 был «существом» мало управляемым, так как даже незначительное превышение рабочего напряжения до 1.7 В могло привести к быстрому выходу процессора из строя. Этот феномен стал широко известен под названием Sudden Northwood Death Syndrome (синдром внезапной смерти "Northwood").

AMD ATHLON XP

• Год выпуска: 2001   Тактовая частота: 650 МГц – 2.25 ГГц
• Знаете ли вы, что мобильные Athlon XP пользовались повышенным вниманием не только за их возможности для разгона (сообщалось о достижении частоты в 3.1 ГГц) , но и за стабильную работу в разогнанном состоянии.

• AMD ATHLON 64
• Вершиной успеха AMD стал 64-разрядный процессор Athlon 64, предназначенный для основной массы пользователей. В то время как инженеры Intel пытались создать процессор Р4 на базе NetBurst, AMD занялась производством чипов с более эффективной архитектурой и интегрированным контроллером памяти.

• Знаете ли вы, что Pentium D 965 был самым быстрым процессором Intel с тактовой частотой 3.73 ГГц (который можно было разогнать до 4.26 ГГц), хотя технически это был Pentium Extreme Edition.

NTEL PENTIUM D

• Корни нашего цифрового образа жизни определённо растут из полупроводников, которые позволили создавать сложные вычислительные чипы на основе транзисторов. Они хранят и обрабатывают данные, что и является основой современных микропроцессоров. Полупроводники, которые сегодня изготавливаются из песка, являются ключевым компонентом практически любого электронного устройства, от компьютеров до ноутбуков и сотовых телефонов. Даже машины теперь не обходятся без полупроводников и электроники, поскольку полупроводники управляют системой кондиционирования воздуха, процессом впрыска топлива, зажиганием, люком, зеркалами и даже рулевым управлением (BMW Active Steering). Сегодня почти любое устройство, которое потребляет энергию, построено на полупроводниках.
• Микропроцессоры, без сомнения, находятся среди самых сложных полупроводниковых продуктов, поскольку в скором времени число транзисторов достигнет миллиарда, а спектр функциональности поражает уже сегодня. Скоро выйдут двуядерные процессоры Core 2 на почти готовом 45-нм техпроцессе Intel, причём содержать они будут уже 410 миллионов транзисторов (хотя их большая часть будет использоваться для 6-Мбайт кэша L2). 45-нм процесс назван так по размеру одного транзистора, который теперь примерно в 1 000 раз меньше диаметра человеческого волоса . В определённой степени именно поэтому электроника начинает управлять всем в нашей жизни: даже когда размеры транзистора были больше, производить не очень сложные микросхемы было очень дёшево, бюджет транзисторов был весьма большим.

• Производство микропроцессоров состоит из двух важных этапов. Первый заключается в производстве подложки, что AMD и Intel осуществляют на своих заводах. Сюда входит и придание подложке проводящих свойств. Второй этап - тест подложек, сборка и упаковка процессора. Последнюю операцию обычно производят в менее дорогих странах. Если вы посмотрите на процессоры Intel, то найдёте надпись, что упаковка была осуществлена в Коста-Рике, Малайзии, на Филиппинах и т.д.

Сан-Франциско, Калифорния

• AMD и Intel сегодня пытаются выпускать продукты для максимального числа сегментов рынка, причём, на основе минимально возможного ассортимента кристаллов. Прекрасный пример - линейка процессоров Intel Core 2 Duo. Здесь есть три процессора с кодовыми названиями для разных рынков: Merom для мобильных приложений, Conroe - настольная версия, Woodcrest - серверная версия. Все три процессора построены на одной технологической основе, что позволяет производителю принимать решения на последних этапах производства. Можно включать или отключать функции, а текущий уровень тактовых частот даёт Intel прекрасный процент выхода годных кристаллов. Если на рынке повысился спрос на мобильные процессоры, Intel может сфокусироваться на выпуске моделей Socket 479. Если возрос спрос на настольные модели, то компания будет тестировать, валидировать и упаковывать кристаллы для Socket 775, в то время как серверные процессоры упаковываются под Socket 771. Так создаются даже четырёхядерные процессоры: два двуядерных кристалла устанавливаются в одну упаковку, вот мы и получаем четыре ядра.

• Штаб-квартира компании Advanced Micro Devices Inc., основанной в 1969, располагается в калифорнийском Саннивейле, а "сердце" компании Intel, которая была образована всего на год раньше, располагается в нескольких километрах, в городе Санта-Клара. У AMD сегодня есть два завода: в Остине (Техас, США) и в Дрездене (Германия). Скоро в действие вступит новый завод. Кроме того, AMD объединила усилия с IBM по разработке процессорных технологий и по производству. Конечно, всё это - лишь доля от размера Intel, поскольку у этого лидера рынка сегодня работают почти 20 заводов в девяти местах. Примерно половина из них используется для производства микропроцессоров. Поэтому, когда вы сравниваете AMD и Intel, помните, что вы сравниваете Давида и Голиафа.

• У Intel есть бесспорное преимущество в виде огромных производственных мощностей. Да, компания сегодня лидирует по внедрению передовых технологических процессов. Intel примерно на год опережает AMD в этом отношении. В результате Intel может использовать в своих процессорах большее число транзисторов и больший объём кэша. AMD, в отличие от Intel, приходится максимально эффективно оптимизировать техпроцесс, чтобы не отстать от конкурента и выпускать достойные процессоры. Конечно, дизайн процессоров и их архитектура сильно различаются, но технический процесс производства построен на тех же базовых принципах. Хотя, конечно, и в нём отличий много.

Штаб-квартира Intel в Санта-Клара

• Первое, о чем стоит упомянуть, – строительный материал для процессоров. Кремний (англ. silicon) – второй после кислорода наиболее распространенный элемент на планете. Он является природным полупроводником и используется как основной материал для производства чипов всевозможных микросхем. Больше всего кремния содержится в обычном песке (особенно кварце) в виде диоксида кремния (SiO2).
• Впрочем, кремний – не единственный материал. Самый близкий его родственник и заменитель – германий, однако в процессе совершенствования производства ученые выявляют хорошие полупроводниковые свойства у соединений других элементов и готовятся опробовать их на практике или уже это делают.

• Кремний проходит многоступенчатый процесс очистки: сырье для микросхем не может содержать больше примесей, чем один чужеродный атом на миллиард.

• Кремний расплавляют в специальной емкости и, опустив внутрь постоянно охлаждаемый вращающийся стержень, «наматывают» на него благодаря силам поверхностного натяжения вещество.
•   В итоге получаются продольные заготовки (монокристаллы) круглого сечения, каждая массой около 100 кг.

• Заготовку нарезают на отдельные кремниевые диски – пластины, на которых будут расположены сотни микропроцессоров. Для этих целей используются станки с алмазными режущими дисками или проволочно-абразивные установки.
•   Подложки полируют до зеркального блеска, чтобы устранить все дефекты на поверхности. Следующий шаг – нанесение тончайшего фотополимерного слоя.

•   Обработанная подложка подвергается воздействию жесткого ультрафиолетового излучения. В фотополимерном слое происходит химическая реакция: свет, проходя через многочисленные трафареты, повторяет рисунки слоев CPU.
• Реальный размер наносимого изображения в несколько раз меньше собственно трафарета.

• Оставшийся полимер удаляют, и транзистор почти готов. В изолирующих слоях делаются отверстия, которые благодаря химической реакции заполняются атомами меди, используемыми в качестве контактов.
•   Соединение транзисторов представляет собой многоуровневую разводку. Если взглянуть в микроскоп, на кристалле можно заметить множество металлических проводников и помещенных между ними атомов кремния или его современных заменителей.

• Участки, «протравленные» излучением, вымываются. На кремниевой подложке получается рисунок, который затем подвергается закреплению.
•   Следующий этап изготовления одного слоя – ионизация, в процессе которой свободные от полимера участки кремния бомбардируются ионами.
•   В местах их попадания изменяются свойства электрической проводимости.

Пластина с процессорами

• Часть готовой подложки проходит первый тест на функциональность. На этом этапе на каждый из выбранных транзисторов подается ток, и автоматизированная система проверяет параметры работы полупроводника.

  Подложка с помощью тончайших режущих кругов разрезается на отдельные части.

•   Годные кристаллы, полученные в результате данной операции, используются в производстве процессоров, а бракованные отправляются в отходы.
•   Отдельный кристалл, из которого будет сделан процессор, помещают между основанием (подложкой) CPU и теплорас-пределительной крышкой и «упаковывают».

• В ходе окончательного тестирования готовые процессоры проверяются на соответствие требуемым параметрам и лишь затем сортируются. На основании полученных данных в них прошивается микрокод, позволяющий системе должным образом определить CPU.

  Готовые устройства упаковываются и направляются на рынок.

• «Силиконовая долина» (Silicon Valley, США, Калифорния)
• Получила свое название благодаря основному строительному элементу, использующемуся в производстве микрочипов.

• «Почему пластины для производства процессоров круглые?»  – наверняка спросите вы.
• Для производства кремниевых кристаллов применяется технология, позволяющая получать только цилиндрические заготовки, которые затем режутся на части. До сих пор еще никому не удавалось изготовить квадратную пластину, лишенную дефектов.

Почему микрочипы квадратные?

• Именно такая литография позволяет использовать площадь пластины с максимальной эффективностью.

Зачем процессорам столько ножек/контактов?

• Помимо сигнальных линий каждый процессор для работы нуждается в стабильном питании. При энергопотреблении порядка 100–120 Вт и низком напряжении через контакты может протекать ток силой до 100 А. Значительная часть контактов CPU выделена именно под систему питания и дублируется.

Утилизация отходов производства

• Раньше дефектные пластины, их остатки и бракованные микрочипы шли в отходы. На сегодняшний день ведутся разработки, позволяющие использовать их в качестве основы для производства солнечных батарей.

«Костюм кролика».

• Такое название получил комбинезон белого цвета, который обязаны носить все рабочие производственных помещений. Делается это для поддержания максимальной чистоты и защиты от случайного попадания частиц пыли на производственные установки. «Костюм кролика» впервые был использован на фабриках по производству процессоров в 1973 году и с тех пор стал общепринятым стандартом.

В музее Intel

99,9999%

• Для производства процессоров пригоден только кремний высочайшей степени чистоты. Заготовки очищают спецхимией.

300 мм

• Таков диаметр современных кремниевых пластин для производства процессоров.

1000 раз

• Именно настолько чище воздух в помещениях фабрик для производства чипов, чем в операционной.

20 слоев

• Процессорный кристалл очень тонкий (меньше миллиметра), но в нем умещаются более 20 слоев сложнейших структурных объединений транзисторов, которые выглядят как многоуровневые хайвеи.

2500

• Именно столько кристаллов процессора Intel Atom (имеют наименьшую площадь среди cовременных CPU) размещаются на одной 300-миллиметровой пластине.

10 000 000 000 000 000 000

• Сто квинтиллионов транзисторов в виде структурных элементов микрочипов отгружаются с фабрик каждый год. Это приблизительно в 100 раз больше, чем оценочное количество муравьев на планете.

Нумерация процессоров Intel

• Каждой категории продукции Intel была присвоена своя цифра.
• Первыми изделиями Intel стали микросхемы памяти (PMOS-чипы), которым была присвоена нумерация 1xxx. В серии 2xxx разрабатывались микросхемы NMOS. Биполярные микросхемы были отнесены к серии 3xxx. 4-разрядные микропроцессоры получили обозначение 4xxx. Микросхемы CMOS получили обозначение 5xxx, память на магнитных доменах — 7xxx, 8-ми и более разрядные микропроцессоры и микроконтроллеры принадлежали к серии 8xxx. Серии 6xxx и 9xxx не использовались.
• Вторая цифра обозначала тип продукции: 0 — процессоры, 1— микросхемы RAM, 2 — контроллеры, 3 — микросхемы ROM, 4 — сдвиговые регистры, 5 — микросхемы EPLD, 6 — микросхемы PROM, 7 — микросхемы EPROM, 8 — чипы наблюдения и схемы синхронизации в генераторах импульсов, 9 — чипы для телекоммуникаций.
• Третья и четвёртая цифры соответствовали порядковому номеру изделия.
• Для таких процессоров как 286, 386, 486 были выпущены сопроцессоры для операций с плавающей точкой, как правило последняя цифра у таких сопроцессоров была 7(287, 387, 487).

• 4004первый процессор, реализованный в одной микросхеме
• Представлен: 15 ноября 1971 года
• Частота: 740 кГц
• Во всей технической документации фирмы Intel, относящейся к 4004, включая самые первые проспекты, выпущенные в ноябре 1971 года, явно указывается, что минимальный период тактового сигнала составляет 1350 наносекунд, что означает, что максимальная тактовая частота, при которой 4004 может нормально функционировать составляет 740 кГц. К сожалению, во многих источниках приводится другое, неверное значение максимальной тактовой частоты — 108 кГц; эта цифра приводится на некоторых интернет-страницах самой фирмы Intel. Минимальное время цикла инструкции 4004 составляет 10,8 микросекунд (8 циклов сигнала синхронизации), и, скорее всего кто-то когда-то перепутал эту цифру с максимальной тактовой частотой. К сожалению, эта ошибка получила очень широкое распространение.
• Быстродействие: 0,06 MIPS
• Ширина шины: 4 бита (мультиплексирование шины адреса/данных вследствие ограниченного количества выводов микросхемы)
• Количество транзисторов: 2,300
• Технология: 10 мкм PMOS
• Адресуемая память: 640 байт
• Память для программы: 4 Кбайта
• Один из первых коммерческих микропроцессоров
• Использовался в калькуляторе Busicom
• На микропроцессоре 4004 был построен «мозг» космического аппарата Пионер-10, запуск которого состоялся в марте 1972. Предполагаемый жизненный цикл составлял около 2-х лет, но до 2003 года, когда была утрачена радиосвязь с аппаратом, компьютер и большинство его электронных систем продолжали функционировать.
• Мелочи: Изначальной целью было достижение частотыIBM 1620 (1 МГц); это не было достигнуто.

• Великим прорывом в её развитии можно смело назвать 1970 год, когда Маршиан Эдвард Хофф, работающий на компанию Intel, разработал первую в мире интегральную схему, которая объединяла в себе функции процессора гигантского транзисторного компьютера. Это был микропроцессор Intel 4004, который поступил в продажу в 1971 году. Если изучить самые интересные книги об истории компьютерной техники, то можно смело заявить, что Хофф произвёл настоящий переворот. Он сумел вместить в свой микропроцессор, чей размер был менее трёх сантиметров, функции 2250 транзисторов.

• Правда, он значительно уступал в скорости "большим братьям" и был способен обрабатывать только четыре бита информации. Но и стоимость его была в десятки тысяч раз дешевле, чем стоимость большого компьютера.

• Прогресс в этой сфере не заставил себя долго ждать. Начался быстрый рост производительности микропроцессоров, и уже в 1974 году на основе процессора Intel 8008 был создан первый персональный компьютер.

• Не менее знаменательной датой является август 1981 года, когда компания IBM выпустила новый персональный компьютер на базе процессора Intel 8088. Программное обеспечение для него разработала малоизвестная небольшая фирма "Майкрософт". В этом компьютере был применён принцип современной унификации, то есть возможность замены комплектующих продукцией других производителей. Компьютер перестал быть неразъёмным устройством, что привело к появлению новых производителей комплектующих и значительному падению цен на компьютерную технику.

• Британец поджарил яичницу на  процессоре .