تحقیق مقاله ریز پردازنده های چند هسته ای

مقدمه:

پردازنده های Pentium 3 با معماری P6 توانستند تا سرعت 1.4 GHz روانه بازار شوند. بعد از آن شرکت اینتل پردازنده های Pentium 4 خود را با معماری NetBurst در سال 2000 معرفی کرد. در معماری جدید سعی شده بود که در یک سیکل ساعت بیشترین دستورالعمل ها در CPU اجرا شوند و به این خاطر این پردازنده ها می توانستند تا سرعت های خیلی بالا ( 4 GHz ) طراحی شوند و تنها محدودیت آنها حداکثر توان مصرفی بود که برای یک پردازنده 3.6-3.8 GHZ تا 113 W می شد. البته توان مصرفی بالا احتیاج به تجهیزات خنک کننده اضافی داشت و اقتصادی هم نبود. بنابراین محدودیت بزرگی که پردازنده های Pentium 4 با آن روبرو شدند مصرف بالا و حرارت زیاد بود.

 به عبارت دیگر هم شرکت اینتل و هم AMD به این نتیجه رسیدند که وقتی سرعت پردازنده های خود را از 3 GHz  بالاتر میبرند به علت ایجاد محدودیت هائی از قبیل حرارت زیاد و

مصرف بالا عملا در راندمان پردازنده نتیجه معکوس داشته و با افزایش سرعت کلاک در پردازنده ها بهره و راندمان لازم را به دست نمی آوردند. در اینجا بود که فکر تولید پردازنده های دو هسته ای قوت گرفت. در این پردازنده ها به علت اینکه در واقع دو پردازنده داشتند دیگر لازم نبود که سرعت کلاک را خیلی بالا ببرند و در عوض راندمان مورد نظر نیز حاصل می شد.

ابتدا شرکت اینتل دست به ساخت پردازنده های دو هسته ای بر مبنای پنتیوم کرد که Pentium D و Pentium Extreme از آن جمله بودند که البته این پردازنده ها هنوز مشکل مصرف بالا و حرارت زیاد را داشتند. این پردازنده ها در واقع از دو پردازنده Pentium 4  مجزا تشکیل شده بودند که پشت سر هم در یک تراشه به هم متصل شده بودند. این راه حل ،یک راه حل ابتدائی برای حل مشکل پردازنده های Pentium 4 بود. چون در مدلهای جدید این نوع پردازنده ها نیز لازم بود که سرعت بالا میرفت که در این حالت مشکل پردازنده های Pentium 4  بصورت مضاعف در این پردازنده ها نمود پیدا می کرد. مثلا اگر بطور معمول مصرف یک پردازنده P 4  ، 130 W می شد اگر هر دو هسته یک پردازنده Pentium D 940 تحت بار قرار می گرفتند این مصرف به 253 W میرسید.

اما بعداً اینتل با استفاده از تکنولوژی  ولتاژ پائین و همچنین معماری 64 بیتی و همچنین بالا بردن تعداد دستورالعملها در هر سیکل ساعت این مشکل را در پردازنده های نسل بعد حل نمود و این مصرف به نصف و حتی کمتر رسید.

در مرحله دوم شرکت پردازنده های Core را معرفی کرد که در جای خود به معرفی هر کدام از آنها خواهیم پرداخت.

بعد از این مقدمه و قبل از شروع توضیح درباره پردازنده های دو هسته ای لازم است که چند اصطلاح توضیح داده شود:

 NetBurst Microarchtecture -1   

هفتمین معماری اینتل در ساخت سخت افزاری پردازنده ها که اولین بار در سال 2000 در پردازنده های Pentium 4 مورد استفاده قرار گرفت. در این تکنولوژی از تکنیک Very Deep instruction Pipeline استفاده گردید که بر خلاف معماری قبلی خود یعنی P6 در هر سیکل ساعت سعی گردید که بیشترین تعداد دستورالعملها اجرا شود و بنابراین پردازنده های P4 را قادر به کار در سرعتهای خیلی بالاتر می کرد.

معماری های به کار رفته در نسلهای قبل پردازنده های اینتل عبارت بودند از:

80186 که اولین معماری در پردازنده های x86 بود.

286

386 که اولین معماری در پردازنده های 32 بیتی بود.

486

P5 که نسل اول پنتیوم بر این اساس معماری گردید.

P6 که پنتیوم های 2 و 3 بر این اساس بودند.

NetBurst که پردازنده های Pentium 4 بر این ساختار معماری شدند.

Instruction Pipeline -2

تکنیکی در کامپیوتر و وسائل دیجیتال که درآن سعی می شود تعداد دستورالعملهای انجام شده در یک سیکل ساعت افزایش یابد.

Thermal Design Power ( TDP ) -3  

 یا توان طراحی شده گرمائی ، عبارتست از حداکثر توانی که سیستم خنک کننده کامپیوتر لازم دارد که گرما را از بین ببرد.

مثلا در یک پردازنده P4 با سرعت 3.6-3.8 گیگاهرتزی این توان تا 113W می رسد. البته ساختن پردازنده ها با TDP بالاتری احتیاج به لوازم خنک کننده اضافی داشته و تولید آنها هم گران تمام می شود.

 Quad Data Rate -4

 تکنیکی است که اطلاعات در چهار نقطه از یک سیکل ساعت ارسال می شوند: یکی زمان بالا رفتن، یکی زمان پائین آمدن و دوتا در بین آنها. دو تای مابین اختلاف فاز 90 درجه ای دارند. بنابراین در هر سیکل ساعت چهار بیت اطلاعات صادر می شود.

اولین Pentium 4  با کد شناسائی willamete  در سال 2000 ارائه شد که سرعت آن 1.4 GHz و سرعت FSB آن 400 بود. البته در واقع سرعت باس 100 بود اما از این تکنیک استفاده می کرد.

Instruction Set -5  

 عبارت است از : لیست تمام دستورالعمل ها و متغیرهای وابسته به آنها که یک پردازنده

 می تواند اجرا کند. ( دستورالعملهای اولیه و یا پایه یک CPU )

این دستورالعملها از ابتدای پیدایش پردازنده ها همگام با بهتر شدن معماری پردازنده ها پیشرفت داشته اند. ساختار دستورالعملهای پردازنده های 32 بیتی اینتل را با IA-32 بیان

می کنند.( Intel Architecture, 32bit ). IA-32 را با نامهای x86 یا x86-32 و یا i386 هم می نامند.

بنابراین وقتی از MMX یا SSE و یا SSE2 و یا SSE3 و مانند اینها صحبت می شود منظور ورژنهای این دستورالعملها می باشند.

 Hyper-Threading (HT) -6   

حالتی در پردازنده است که به سیستم عامل طوری نشان می دهد که دو CPU مجازی وجود دارد که این امر باعث میشود که دستگاه قادر باشد دو عملیات را همزمان اجرا کند.

 Front Side Bus -7  

یک  باس است که اطلاعات را بین CPU  و هاب کنترل کننده RAM  ( NorthBridge )  انتقال می دهد. در واقع سرعت این باس تعیین کننده سرعت پردازنده می باشد.

 Bus -8   

 در واقع Bus ها  انتقال دهنده های اطلاعات می باشند. مثلا اگر می گویند که باس خروجی پردازنده 32 بیتی است میتوان تصور کرد که یک دسته سیم 32 تایی از پردازنده خارج می شوند  تا اطلاعات را منتقل کنند که در واقعیت هم همین گونه است.