Procesoarele Intel Haswel

Pe scurt, un procesor este componenta care prelucrează informaţia introduse de noi, controlând activităţile sistemului în care este încorporat. De-a lungul timpului procesoarele au evoluat foarte mult din toate punctele de vedere, de la consum şi căldura degajată, pâna la puterea de procesare care comparativ cu primul microprocesor lansat pe piaţă, şi anume Intel 4004 este de aproximativ 365,000 de ori mai mare, deci o diferenţă enormă. Teoretic, un procesor este compus din două principale componente şi anume: unitatea aritmetică logică (UAL) care are rolul de a efectua operaţii aritmetice şi logice complexe prin oscilarea voltajului de curent eletric şi unitatea de control (UL) care practic „dirijează” componentele calculatorului şi care extrage informaţiile din memorie pe care le decodează şi le execută apelând la UAL când este nevoie. Astfel, tehnologia ne permite să creăm procesoare din ce în ce mai puternice cu ajutorul unor arhitecturi mai complexe formate din milioane de tranzist ori.

Microprocesorul este "creierul" unui sistem de calcul. Acest lucru nu înseamnă să este şi singurul microprocesor dintr-un computer.

Într-un sistem de calcul avem:

• Microprocesorul (general).

• Microprocesoare dedicate, sau controllere (GPU, de exemplu).

Microprocesoarele dedicate realizează doar anumite funcţii, neştiind să le facă pe toate. Rolul lor este de a degreva microprocesorul (general) de anumite sarcini care, altfel, ar i-ar ocupa mult timp. De exemplu citirea datelor de pe hard disk i-ar ocupa prea mult timpul de lucru preţios, aşa că acesta dă ordin controller-ului de hard disk să-i trimită datele. De acolo acel controller face toată treaba, urmând ca acesta să trimită datele în memorie, prin intermediul controller-ului de memorie (tot un microprocesor dedicat) astfel încât microprocesorul să le preia, când acestea sunt pregătite sau cerute. Timpul scurs între cererea şi sosirea datelor este folosit de microprocesor pentru îndeplinirea altor sarcini, ce nu pot fi degrevate şi cad în răspunderea lui.

Procesoarele Intel

Firma Intel a fost cea care a proiectat primul microprocesor, în anul 1969. Acesta a fost microprocesorul 4004, de 4 biţi. Au urmat apoi microprocesoarele de 8 biţi 8080 şi 8085. Primul procesor al familiei 80x86 (numită şi familia cu arhitectura Intel – Intel Architecture) a fost însă procesorul 8086, care a apărut în 1978, fiind urmat în scurt timp de o versiune mai ieftină pentru sisteme mai simple, procesorul 8088. Programele scrise pentru aceste procesoare pot fi executate fără modificări şi pe ultimele procesoare ale familiei 80x86.

Prezentare generală a procesoarelor Intel

Procesorul 8086 are registre de 16 biţi, o magistrală externă de date de 16biţi, şi o magistrală de adrese de 20 de biţi, astfel că spaţiul de adresare este de maxim 1 MB. Procesorul 8088 este similar, cu excepţia faptului că magistrala externă de date este de 8 biţi. Aceste procesoare au introdus conceptul de segmentare a memoriei: memoria este împărţită în zone numite segmente de maxim 64 KB, iar cele patru registre de segment pot păstra adresele de bază ale segmentelor active. Prin utilizarea registrelor de segment poate fi adresat un spaţiu de memorie de până la 256 KB fără modificarea conţinutului acestor registre, fiind disponibil un spaţiu total de memorie de 1 MB. Aceste procesoare pot funcţiona numai în modul real, care este un mod uniproces, în care se execută un singur proces (program sau task) la un moment dat. Din punct de vedere al programatorului, cele două procesoare sunt identice, cu excepţia faptului că 8086 va prelucra datele într-un mod mai eficient dacă acestea sunt aliniate

la adrese de cuvânt (adrese pare).

Procesoarele 80186 şi 80188 sunt versiuni îmbunătăţite ale procesoarelor 8086, respectiv 8088. Au fost adăugate noi instrucţiuni şi anumite instrucţiuni vechi au fost optimizate pentru creşterea vitezei. Aceste procesoare conţin în aceeaşi capsulă şi circuite suplimentare: un generator de tact, un controler DMA cu două canale, trei numărătoare/temporizatoare programabile, şi un controler de întreruperi, care poate gestiona patru surse externe de întrerupere. Procesorul 80386 a fost primul din cadrul familiei 80x86 care a utilizat o formă de prelucrare paralelă. Arhitectura acestui procesor cuprinde un număr de şase unităţi care funcţionează în paralel.

Procesorul Pentium a adăugat o nouă linie de execuţie de tip pipeline a instrucţiunilor, pentru a se obţine performanţe superscalare. Cele două linii de execuţie a instrucţiunilor, numite u şi , permit execuţia a două instrucţiuni pe durata unei perioade de tact. Capacitatea memoriei cache L1 a fost de asemenea dublată, fiind alocaţi 8 KB pentru instrucţiuni şi 8 KB pentru date. Memoria cache pentru date utilizează protocolul MESI, care permite gestiunea memoriei cache atât prin metoda mai eficientă “write-back”, cât şi prin metoda “write-through” utilizată de procesorul 80486. Procesorul Pentium utilizează predicţia salturilor pentru a creşte performanţele construcţiilor care utilizează bucle de program. S-au adăugat extensii pentru a creşte eficienţa modului virtual 8086, şi pentru a permite atât pagini cu dimensiunea de 4 MB, cât şi cu dimensiunea de 4 KB. Registrele generale sunt tot de 32 de biţi, dar s-au adăugat căi interne de date de 128 şi 256 de biţi pentru a creşte viteza transferurilor interne, iar magistrala externă de date a fost extinsă la 64 de biţi. Procesorului i s-a adăugat un controler avansat de întreruperi (Advanced Programmable Interrupt Controller – APIC) pentru a permite realizarea sistemelor cu mai multe procesoare Pentium, fiind adăugate de asemenea noi pini şi un mod special de procesare duală pentru sistemele cu două procesoare.

Procesorul Pentium Pro este primul din cadrul familiei de procesoare P6. Acest procesor are o arhitectură superscalară îmbunătăţită, care permite execuţia a trei instrucţiuni într-o perioadă de tact. Procesorul Pentium Pro, ca şi următoarele procesoare din familia P6, se caracterizează prin execuţia dinamică a instrucţiunilor, care constă din analiza fluxului de date, execuţia instrucţiunilor într-o altă ordine decât cea secvenţială, o predicţie îmbunătăţită a salturilor şi execuţia speculativă. Există trei unităţi de decodificare a instrucţiunilor, care lucrează în paralel pentru decodificarea codului obiect în operaţii elementare numite micro-operaţii. Acestea sunt depuse într-un rezervor de instrucţiuni, şi pot fi executate într-o ordine diferită de cea secvenţială dacă nu există dependenţe de date. Execuţia se realizează de către cele cinci unităţi paralele de execuţie: două unităţi pentru numere întregi, două unităţi pentru numere în virgulă mobilă, şi o unitate de interfaţă cu memoria. Unitatea de retragere (Retirement Unit) elimină din rezervorul de instrucţiuni micro-operaţiile care au fost executate, ţinând cont de salturile posibile.