نوشته‌ها

مشخصات فنی و مدل های پردازشگرها

مشخصات پردازشگر کامپیوتر

 

در اینجا به مشخصات مهم پردازشگرها اشاره می شود:

 

مدل و ساخت پردازشگر

ویژگی بارز پردازشگر به مدل و ساخت AMD یا اینتل مربوط می شود. اگرچه رقابت مدلها از دو شرکت دارای ویژگیها و عملکرد مشابهی می شود، پردازشگر AMD را نمی تواند با مادربر سازگار با اینتل و یا برعکس نصب کرد.

 

نوع سوکت

دیگر ویژگی بازر پردازشگر، سوکت است که متناسب با آن طراحی می شود. در زمان تعویض پردازشگری با سوکت ۴۷۸ مادربرد، برای مثال باید پردازشگر جایگزینی را انتخاب کرد که متناسب با آن سوکت طراحی می شود. جدول ۱-۵ موضوعات قابل ارتقا با سوکت پردازشگر را نشان می دهد.

 

سرعت ساعتی

سرعت ساعتی پردازشگر، که با مگاهرتز (MHz) یا گیگاهرتز (GHz) مشخص می شود، عملکرد آن را مشخص می کند اما سرعت ساعتی در خطوط پردازشگر بی معناست. برای مثال، پنتیوم ۴ هسته پرسکات ۳٫۲ گیگاهرتزی حدود ۶٫۷% سریعتر از پنتیوم ۴ هسته پرسکات ۳٫۰ گیگاهرتزی است، همچنانکه سرعت ساعتی نسبی مطرح می شود. با اینحال، پردازشگر سلروم ۳٫۰ گیگاهرتزی آهسته تر از پنتیوم ۴ ۲٫۸ گیگاهرتزی است، زیرا سلروم دارای حافظه پنهان L2 کوچکتری بوده و از سرعت آهسته باس هاست استفاده می کند. بطور مشابه، زمانی که پنتیوم ۴ با ۱٫۳ گیگاهرتز معرفی شد، عملکرد آن پایین تر از پردازشگر پنتیوم III 1 گیگاهرتزی است که برای تعویض درنظر گرفته می شود. این مورد بدین دلیل درست است که معماری پنتیوم ۴ نسبت به معماری اولیه پنتیوم III دارای کارآمدی کمتری است.

سرعت ساعتی برای مقایسه پردازشگرهای AMD و اینتل مفید است. پردازشگرهای AMD با سرعت ساعتی بسیار پایین نسبت به پردازشگرهای اینتل کار می کنند اما حدود ۵۰% بیشتر کار می کنند. ۶۴ آلتون AMD که در ۲٫۰ گیگاهرتز کار می کند عملکرد مشابهی مانند پنتیوم ۴ اینتل دارد که در ۳٫۰ گیگاهرتز کار می کند.

 

سرعت باس هاست

سرعت باس هاست، که سرعت باس روبه جلو نیز نامیده شده، سرعت FSB، سرعت انتقال داده را بین پردازشگر و چیپ ست مشخص می کند. سرعت سریع باس هاست به عملکرد بالای پردازشگر کمک کند، حتی برای پردازشگرهایی که با همان سرعت ساعتی کار می کنند. AMD و اینتل مسیر بین حافظه و حافظه پنهان را بطور متفاوتی اجرا می کند، اما لزوما FSB عددی است که حداکثر تعداد ممکن انتقال بلوک داده ها را در هر ثانیه منعکس می کند. با توجه به سرعت واقعی ساعت باس هاست ۱۰۰ مگاهرتز، اگر داده ها بتوانند ۴ برابر در هر چرخه ساعت انتقال یابند، سرعت مفید FSB 400 مگاهرتز است.

برای مثال، اینتل پردازشگرهای پنتیوم ۴ را تولید کرده که از سرعت های باس هاست ۴۰۰، ۵۳۳، ۸۰۰ یا ۱۰۶۶ مگاهرتز استفاده می کنند. پنتیوم ۴ ۲٫۸ گیگاهرتز با سرعت باس هاست ۸۰۰ مگاهرتز سریعتر از پنتیوم ۲٫۸/۴ با سرعت باس هاست ۵۳۳ مگاهرتز است که به نوبه خود سریعتر از پنتیوم ۲٫۸/۴ با سرعت باس هاست ۴۰۰ مگاهرتز می باشد. معیاری که اینتل برای تمایز پردازشگر سلرون ارزان استفاده می کند سرعت پایین باس هاست نسبت به مدلهای پنتیوم ۴ فعلی است. مدلهای سلرون از سرعتهای باس هاست ۴۰۰ و ۵۳۳ مگاهرتز استفاده می کنند.

تمام پردازشگرهای AMD سوکت ۷۵۴ و ۹۳۹ از سرعت باس هاست ۸۰۰ مگاهرتز استفاده می کنند (در واقع، AMD همانند اینتل باس هاست را در ۲۰۰ مگاهرتز اجرا کرده، اما چرخه ساعتی در ۸۰۰ مگاهرتز موثر است). پردازشگر سمپرون سوکت A از باس هاست ۱۶۶ مگاهرتز استفاده کرده که سرعت باس هاست ۳۳۳ مگاهرتز دارد.

 

اندازه حافظه پنهان

پردازشگرها از دو نوع حافظه پنهان برای بهبود عملکرد با انتقال بافر بین پردازشگر و حافظه اصلی نسبتا آهسته استفاده می کنند. اندازه حافظه پنهان لایه ۱ (حافظه پنهان L1، که حافظه پنهان سطح ۱ نیز نامیده شده)، یک ویژگی معماری پردازشگر محسوب شده که نمی تواند بدون طراحی مجدد پردازشگر تغییر کند. حافظه لایه L2 (حافظه پنهان سطح ۲ یا حافظه پنهان L2) خارج از هسته پردازشگر است بدین معنا که سازندگان پردازشگر می توانند پردازشگر مشابهی با اندازه های مختلف حافظه پنهان L2 تولید کنند. برای مثال، مدلهای مختلف پردازشگرهای پنتیوم ۴ با ۵۱۲ کیلوبایت، ۱ مگابایت یا ۲ مگابایت حافظه پنهان L2 در دسترس بوده، و مدلهای مختلف سمپرون AMD نیز با ۱۲۸ کیلوبایت، ۲۵۶ کیلوبایت یا ۵۱۲ کیلوبایت حافظه پنهان L2 در دسترس می باشند.

در بعضی از برنامه ها بخصوص برنامه هایی که در مجموعه داده های کوچک اجرا می شوند حافظه پنهان بزرگ L2 باعث افزایش عملکرد پردازشگر بخصوص برای مدلهای اینتل می شود (پردازشگرهای AMD دارای کنترل کننده حافظه هستند که تا حدی از حافظه پنهان بزرگ L2 بهره می برند). در برنامه هایی که در مجموعه داده های بزرگ اجرا می شوند، حافظه پنهان بزرگ L2 فقط مزیت اصلی را نشان می دهد.

اندازه پروسه

اندازه پروسه، که اندازه ساخت نیز نامیده شده، در نانومترها (nm) مشخص شده و اندازه کوچکترین عناصر فردی در پردازشگر را تعیین می کند. AMD و اینتل تلاش دارند تا اندازه پروسه را کاهش دهند تا بیشتر پردازشگرها از هر وافر سیلیکون بدست آیند، از اینرو هزینه ها آنها برای تولید هر پردازشگر کاهش می یابد. پنتیوم II و پردازشگرهای اولیه آلتون از پروسه ۳۵۰ یا ۲۵۰ نانومتر استفاده می کنند. پنتیوم III و بعضی از پردازشگرهای آلتون از پروسه ۱۸۰ نانومتر استفاده می کنند. همچنین پردازشگرهای جدید AMD و اینتل از پروسه ۱۳۰ یا ۹۰ نانومتر استفاده کرده و پردازشگرهای آینده از پروسه ۶۵ نانومتر استفاده می کنند.

اندازه پروسه مهم است زیرا همه چیز برابر بوده، و پردازشگری که از اندازه پروسه کوچکتر استفاده می کند می تواند سریعتر کار کرده، ولتاژ کمتری را بکار برده، برق کمتری را مصرف نموده و گرمای کمتری را تولید کند. پردازشگرهایی که در هر زمان مشخصی در دسترس هستند از اندازه های مختلف ساخت استفاده می کنند. برای مثال، در زمانی که اینتل پردازشگرهای پنتیوم ۴ را فروخت که از اندازه پروسه ۱۸۰، ۱۳۰ و ۹۰ نانومتر استفاده کرده اند، AMD نیز بطور همزمان پردازشگرهای آلتون را فروخت که از اندازه ساخت ۲۵۰، ۱۸۰ و ۱۳۰ نانومتر استفاده کردند. در زمان انتخاب پردازشگر ارتقا، پردازشگری با اندازه ساخت کوچکتر ترجیح داده می شود.

 

ویژگیهای خاص

مدلهای مختلف پردازشگر از ویژگیهای مختلفی پشتیبانی کرده، بعضی از آنها ممکن است مهم باشند و جای نگرانی ندارند. در اینجا به ۵ ویژگی مهم اشاره شده که با بعضی از پردازشگرهای فعلی در دسترس هستند. تمام این ویژگیها از ورژن های جدید ویندوز و لینوکس پشتیبانی می کنند:

SSE3 (توسعه چند دستور تک چند داده ۳)، که توسط اینتل توسعه یافته و اکنون در اکثر پردازشگرهای اینتل و بعضی از پردازشگرهای AMD در دسترس است، یک مجموعه آموزشی گسترده است که برای پردازش انواع داده ها در مواجه با پردازش تصویر و سایر برنامه های مولتی مدیا طراحی شده است. هر برنامه ای که از SSE3 پشتیبانی کرده می تواند از ۱۰% یا ۱۵% تا ۱۰۰% سریعتر در یک پردازشگر اجرا شود که همچنین از SSE3 پشتیبانی می کند.

 

پشتیبان ۶۴ بیت

اخیرا، پردازشگرهای کامپیوتر با مسیرهای دداخلی داده ۳۲ بیت کار می کنند. در سال ۲۰۰۴، AMD پشتیبان ۶۴ بیت را با پردازشگرهای ۶۴ آلتون خود معرفی کرد. AMD این ویژگی را x86-64 نامیده، اما اکثر افراد آن را AMD64 نامیدند. پردازشگرهای AMD64 با نرم افزار ۳۲ بیت سازگار بوده و این نرم افزار همانند نرم افزار ۶۴ بیت بصورت کارآمد کار می کند. اینتل، که معماری ۶۴ بیت خود را به رقابت پرداخت، فقط سازگاری محدود ۳۲ بیت داشت، که مجبور بود تا ورژن x86-64 خود را معرفی کند، که EM64T (تکنولوژی ۶۴ بیت حافظه توسعه یافته) نامیده می شود. اکنون، پشتیبان ۶۴ بیت برای اکثر افراد اهمیتی ندارد. مایکروسافت ورژن ۶۴ بیت ویندوز XP را مطرح کرده، و اکثر توزیع لینوکس از پردازشگرهای ۶۴ بیت پشتیبانی می کنند اما برنامه های ۶۴ بیت در جایی بسیار محبوب بوده که پردازشگر ۶۴ بیت در کامپیوتر دسکتاپ اجرا می شود. این مورد ممکن است زمانی تغییر کرده که مایکروسافت دارای ویندوز ویستا بوده که از پشتیبان ۶۴ بیت بهره می برد.

 

اجرای حفاظت شده

با آلتون ۶۴، AMD تکنولوژی NX (بدون اجرا) را معرفی کرد و اینتل بزودی با تکنولوژی XDB (اجرای بیت غیرفعال) دنبال می شود. NX و XDB هدف مشابهی دارند که پردازشگر تشخیص می دهد کدام حافظه قابل اجرا بوده و کدام قابل اجرا نیست. اگر کد تلاش کند تا در فضای حافظه غیرقابل اجرا کار کند، پردازشگر خطایی را در سیستم عامل نشان می دهد. NX و XDB دارای پتانسیل زیادی برای کاهش صدمه ناشی از ویروس ها، کرم ها، تروجان ها است اما به سیستم عاملی نیاز دارد که از اجرای حفاظت شده مانند ویندوز XP با بسته خدمات ۲ پشتیبانی می کند.

 

تکنولوژی کاهش برق

AMD و اینتل تکنولوژی کاهش برق را در بعضی از مدلهای پردازشگر خود ارائه می دهند. در هر دو مورد، تکنولوژی استفاده شده در پردازشگرهای موبایل به پردازشگرهای دسکتاپ می روند، که مصرف برق و تولید گرما مشکل ساز می باشد. لزوما، این تکنولوژیها با کاهش سرعت پردازشگر (و از اینرو مصرف برق و تولید گرما) کار می کنند زمانی که پردازشگر بیکار بوده و یا اندکی بارگیری کرده است. اینتل، تکنولوژی کاهش برق خود را با عنوان EIST (تکنولوژی سرعت مرحله ای اینتل تقویت شده) بیان می کند. ورژن AMD نیز Cool’n’Quiet نامیده می شود. ایتر (Either) می تواند کوچک بوده اما کاهش مفید مصرف برق، تولید گرما و سطح نویز سیستم دارد.

 

پشتیبان دو هسته ای

تا سال ۲۰۰۵، AMD و اینتل حدودی را کاهش دادند که با پردازشگر تک هسته ای امکان دارد. راه حل مهم شامل دو هسته پردازشگر در یک بسته پردازشگر است. AMD با بیشترین پردازشگرهای سری X2 آلتون ۶۴ همراه است که دو هسته آلتون ۶۴ یکپارچه را در یک چپ مشخص می کند. اینتل پرداشگر دو هسته ای را معرفی کرده که پنتیوم D نامیده می شود. راه حل مهندسی AMD دارای چندین مزیت ازجمله عملکرد بالا و سازگاری با مادربرد قیدمی سوکت ۹۳۹ است. راه حل اینتل، که در اصل به دو هسته پنتیوم ۴ در یک چیپ بدون یکپارچگی آنها اشاره نموده، منجر به دو مصالحه می شود. اول، پردازشگرهای دو هسته ای اینتل با مادربردهای اولیه سازگار نیستند و بنابراین به چیپ ست جدید و یک سری مادربردهای جدید نیاز دارند. دوم، بدلیل اینکه اینتل به دو هست فعلی خود در یک بسته پردازشگر مجهز است، مصرف برق و تولید گرما بسیار بالا بوده، بدین معنا که اینتل باید سرعت ساعتی پردازشگرهای پنتیوم D را نسبت به سریعترین مدلهای پنتیوم ۴ تک هسته ای کاهش دهد.

آلتون ۶۴ X2 بدون هیچ ابزاری برنده است، زیرا اینتل با هزینه کردن پنتیوم D به اندازه کافی هوشمند است. ارزان ترین پردازشگرهای آلتون X2 بیش از دو برابر از ارزان ترین پردازشگرهای پنتیوم D فروخته می شوند. اگرچه قیمت بدون شک پایین است، اما قیمت گذاری متفاوتی با تغییرات بیشتر انتظار نمی رود. اینتل ظرفیت تولید فرعی دارد در حالیکه AMD در توانایی خود برای ساخت پردازشگرها بسیار محدود بوده، بنابراین پردازشگرهای دو هسته ای AMD احتمالا با ویژگی قابل پیش بینی گران خواهند بود. متاسفانه، پردازشگرهای دو هسته ای اگزینه مناسبی برای اکثر افراد نیستند. پردازشگرهای دو هسته ای AMD نیز می توانند از مادربرد سوکت ۹۳۹ فعلی استفاده کرده، اما برای تایید اکثر ارتقادهندگان بسیار گران هستند.

 

نام هسته و مرحله گذاری هسته

هسته پردازشگر، معماری اصلی پردازشگر را بیان می کند. پردازشگری که تحت نام خاصی فروخته شده ممکن است از چنیدن هسته استفاده کند. برای مثال، نخستین پردازشگرهای پنتیوم ۴ از هسته ویلیامت (Willamette) استفاده کرده اند. متغیرهای بعدی پنتیوم ۴ از هست نورث وود، هسته پرسکات، هسته گالاتین، هسته پرستونیا، و هسته ۲M پرسکات استفاده کرده اند. بطور مشابه، مدلهای مختلف آلتون ۶۴ با استفاده از هسته کلاهامر، هسته اسلگامر، هسته نیوکاسل، هسته ویچستر، هسته ونیز ،هسته سان دیاگو، هسته منچستر، و هسته تولدو تولید شده اند.

استفاده از نام هسته مسیر کوتاه و مناسبی برای تشخیص ویژگیهای مختلف پردازشگر است. برای مثال، هسته کلاهامر از پروسه ۱۳۰ نانومتر، ۱۰۲۴ کیلوبایت حافظه پنهان L2 استفاده کرده و از ویژگیهای NX و X86-64 پشتیبانی نموده، اما عملیات دو هسته ای یا SSE3 را پشتیبانی نکرده. برعکس، هسته منچستر از پروسه ۹۰ نانومتر ،۵۱۲ کیلوبایت حافظه پنهان L2 استفاده کرده و از ویژگیهای دو هست ای، SSE3، X86-64، NX پشتیبانی می کند.

نام هست پردازشگر را می تواند با شماره ورژن اصلی برنامه نرم افزاری تصور کرد. فقط شرکتهای نرم افزاری بطور مکرر آپدیت اندکی را بدون تغییر شماره ورژن اصلی انجام می دهند؛ AMD و اینتل نیز آپدیت اندکی را برای هسته های خود بدون تغییر نام هسته انجام می دهند. این تغییرات اندک، مرحله گذاری هسته نامیده می شود. اصول نام هسته اهمیت دارد، زیرا پردازشگری که از هسته استفاده می کند ممکن است سازگاری خود را با مادربرد تشخیص دهد. مرحله گذاری معمولا اهمیت کمتری داشته، هرچند باید به آن توجه نمود. برای مثال، یک هسته خاص ممکن است در مرحله گذاری C0 و B2 در دسترس باشد. مرحله گذاری C0 ممکت است دارای باگ فیکس بوده، خنک کننده را اجرا کرده، و یا مزایای دیگری را نسبت به مرحله گذاری اولیه ارائه دهد. مرحله گذاری هسته نیز درصورتی مهم است که دومین پردازشگر در مادربرد پردازشگر دوتایی نصب شود. دو هسته یا مرحله گذاری هرگز نباید در مادربرد پردازشگر دوتایی ترکیب شود.