FPU - устройство для выполнения операций с плавающей точкой (внутренний сопроцессор). Чт. - кэш-память только для операций чтения. Чт./Зап. - кэш-память для операций чтения и записи. M - миллионов транзисторов.

Шина - кэш-память работает на частоте системной шины. Ядро - кэш-память работает на частоте процессора.

MMX - мультимедийные расширения, 57 дополнительных команд для работы с графикой и звуком.

3DNow - MMX плюс 21 дополнительная команда для работы с графикой и звуком.

Enh. 3DNow - 3DNow плюс 24 дополнительных команды для работы с графикой и звуком.

SSE - потоковые расширения SIMD (Single Instruction Multiple Data), MMX плюс 70 дополнительных команд для работы с графикой и звуком.

SSE2 - потоковые расширения SIMD2, SSE плюс 144 дополнительных команд для работы с графикой и звуком.

В процессор 386SL встроен кэш-контроллер, но микросхемы памяти устанавливаются дополнительно.

Позже компания Intel создала версии процессоров SL Enhanced, работающие при напряжении 5 и 3 В, которые получили название SX, DX и DX2.

Кэш-память второго уровня, работающая на полной частоте процессора и расположенная на отдельном кристалле.

Кэш-память второго уровня, имеющая объем 128 Кбайт (общий объем памяти 256 Кбайт, доступный - 128 Кбайт); использует тот же кристалл, что и Pentium IIIE.

Кэш-память второго уровня, имеющая объем 256 Кбайт (общий объем памяти 512 Кбайт, доступный - 256 Кбайт); использует тот же кристалл, что и Pentium IIIB.

Кэш-память второго уровня, имеющая объем 128 Кбайт (общий объем памяти 256 Кбайт, доступный - 128 Кбайт); использует тот же кристалл, что и Pentium 4.

В процессор Itanium включена дополнительная кэш-память третьего уровня объемом 2 Мбайт (150 млн транзисторов) или 4 Мбайт (300 млн транзисторов), установленная в картридже процессора и работающая на его частоте.

Например, в процессорах 8086 и 8088 используется 20-разрядная шина адреса, поэтому они могут адресовать 220 (1 048 576) байт, или 1 Мбайт, памяти. Объемы памяти, адресуемой процессорами Intel, приведены в табл. 3.3.

Шины данных и адреса независимы, и разработчики микросхем выбирают их разрядность по своему усмотрению, но, чем больше разрядов в шине данных, тем больше их и в шине адреса. Разрядность этих шин является показателем возможностей процессора: количество разрядов в шине данных определяет способность процессора обмениваться информацией, а разрядность шины адреса - объем памяти, с которым он может работать.

Внутренние регистры

Количество битов данных, которые может обработать процессор за один прием, характеризуется разрядностью внутренних регистров. Регистр - это, по существу, ячейка памяти внутри процессора; например, процессор может складывать числа, записанные

Таблица 3.3. Объем памяти, адресуемой процессорами компании Intel

Примечание. Pentium и AMD K6 относятся к процессорам семейства 586 (пятое поколение). Pentium Pro/II/III/Celeron и AMD Athlon/Duron - к процессорам 686 (шестое поколение), а Pentium 4 рассматривается как процессор 786 (седьмое поколение).

в двух различных регистрах, а результат сохранять в третьем регистре. Разрядность регистра определяет количество разрядов обрабатываемых процессором данных, а также характеристики программного обеспечения и команд, выполняемых чипом. Например, процессоры с 32-разрядными внутренними регистрами могут выполнять 32-разрядные команды, которые обрабатывают данные 32-разрядными порциями, а процессоры с 16-разрядными регистрами этого делать не могут. Во всех современных процессорах внутренние регистры являются 32-разрядными. Процессор Itanium имеет 64-разрядные внутренние регистры, которые необходимы для более полного использования функциональных возможностей новых версий операционных систем и программного обеспечения.

В некоторых процессорах разрядность внутренней шины данных (а шина состоит из линий передачи данных и регистров!) больше, чем разрядность внешней. Так, например, в процессорах 8088 и 386SX разрядность внутренней шины только вдвое больше разрядности внешней шины. Такие процессоры (их часто называют половинчатыми или гибридными) обычно являются более дешевыми вариантами исходных. Например, в процессоре 386SX внутренние операции 32-разрядные, а связь с внешним миром осуществляется через 16-разрядную внешнюю шину. Это позволяет разработчикам проектировать относительно дешевые системные платы с 16-разрядной шиной данных, сохраняя при этом совместимость с 32-разрядным процессором 386.

Если разрядность внутренних регистров больше разрядности внешней шины данных, то для их полной загрузки необходимо несколько циклов считывания. Например, в процессорах 386DX и 386SX внутренние регистры 32-разрядные, но процессору 386SX для их загрузки необходимо выполнить два цикла считывания, а процессору 386DX достаточно одного. Аналогично передаются данные от регистров к системной шине.

В процессорах Pentium шина данных 64-разрядная, а регистры 32-разрядные. Такое построение на первый взгляд кажется странным, если не учитывать, что в этом процессоре для обработки информации служат два 32-разрядных параллельных конвейера. Pentium во многом подобен двум 32-разрядным процессорам, объединенным в одном корпусе,

а 64-разрядная шина данных позволяет быстрее заполнить рабочие регистры. Архитектура процессора с несколькими конвейерами называется суперскалярной.

Современные процессоры шестого поколения, например Pentium Pro и Pentium II/III, имеют целых шесть внутренних конвейеров для выполняющихся команд. Хотя некоторые из указанных внутренних конвейеров специализированы (т. е. предназначены для выполнения специальных функций), эти процессоры могут все же выполнять три команды за один цикл. В последней версии процессора Itanium используются 10-ступенчатые параллельные конвейеры, которые позволяют выполнять до 20 операций в течение одного такта.

Режимы процессора

Все 32-разрядные и более поздние процессоры Intel, начиная с 386-го, могут выполнять программы в нескольких режимах. Режимы процессора предназначены для выполнения программ в различных средах; в разных режимах возможности чипа неодинаковы, потому что команды выполняются по-разному. В зависимости от режима процессора изменяется схема управления памятью системы и задачами.

Процессоры могут работать в трех режимах: реальном, защищенном и виртуальном реальном режиме (реальном внутри защищенного).

Реальный режим

В первоначальном IBM PC использовался процессор 8088, который мог выполнять 16-разрядные команды, применяя 16-разрядные внутренние регистры, и адресовать только 1 Мбайт памяти, используя 20 разрядов для адреса. Все программное обеспечение PC первоначально было предназначено для этого процессора; оно было разработано на основе 16-разрядной системы команд и модели памяти объемом 1 Мбайт. Например, DOS, все программное обеспечение DOS, Windows от 1.x до 3.x и все приложения для Windows от 1.x до 3.x написаны в расчете на 16-разрядные команды. Эти 16-разрядные операционные системы и приложения были разработаны для выполнения на первоначальном процессоре

8088.

Более поздние процессоры, например 286, могли также выполнять те же самые 16-разрядные команды, что и первоначальный 8088, но намного быстрее. Другими словами, процессор 286 был полностью совместим с первоначальным 8088 и мог выполнять все 16-разрядные программы точно так же, как 8088, но, конечно же, значительно быстрее. Шестнадцатиразрядный режим, в котором выполнялись команды процессоров 8088 и 286, был назван реальным режимом. Все программы, выполняющиеся в реальном режиме, должны использовать только 16-разрядные команды, 20-разрядные адреса и поддерживаться архитектурой памяти, рассчитанной на емкость до 1 Мбайт. Для программного обеспечения этого типа обычно используется однозадачный режим, т. е. одновременно может выполняться только одна программа. Нет никакой встроенной защиты для предотвращения перезаписи ячеек памяти одной программы или даже операционной системы другой программой; это означает, что при выполнении нескольких программ вполне могут быть испорчены данные или код одной из них, а это может привести всю систему к краху (или останову).

Защищенный режим

Первым 32-разрядным процессором, предназначенным для PC, был 386-й. Этот чип мог выполнять абсолютно новую 32-разрядную систему команд. Чтобы полностью ис-