Procesory

PŘEHLED TRHU A NOVÉ TECHNOLOGIE

PŘEHLED TRHU
Nejznámějším výrobcem procesorů je samozřejmě firma Intel, se kterou jsou procesory v našich PC nejčastěji spojovány. Přestože Intel ovládá největší část trhu s procesory, nabízí ostatní výrobci alternativní procesory, které mohou produkty Intelu plně nahradit, a to často za výrazně nižší cenu. Je však otázkou, jak jsou výkon a další vlastnosti těchto procesorů srovnatelné s produkty Intelu a zdali se do nich vyplatí investovat. Hodnota megahertzů, která je nejčastěji u procesorů uváděna pro označení výkonu, neodráží vždy skutečný výkon procesorů v aplikacích. Základní otázkou každého, kdo si dnes kupuje počítač, by mělo být, k čemu daný počítač bude potřebovat a tudíž jaký výkon a další vlastnosti od něj očekává. Přesto že vám kdekterý prodejce bude nabízet nejmodernější technologie, je nutné si střízlivě odpovědět na otázku, zdali to či ono vůbec potřebuji. Hlavním faktorem při rozhodování by měly být programy, které budu na daném počítači provozovat. Klíčem pak je, zda výkon těchto programů na mém počítači bude dostatečný. Pro většinu dnešních kancelářských, ale i profesionálních aplikací bezpečně postačí počítačové sestavy založené na procesorech typu Pentium (procesory, které je možné zasunout do patice Socketu 7 základní desky, viz dále). Pro náročnější aplikace je nutné procesory typu Pentium zcela opustit a poohlédnout se po procesorech vyšší kategorie, tj. po procesorech typu Pentium II (tyto procesory se zasouvají do tzv. patice Slot 1). Pochopitelně je cena systémů s procesory Pentium II vůči systémům s procesory typu Pentium o něco vyšší. Je otázkou, zdali je kupující ochoten tuto částku zaplatit, pokud uváží, že cena počítače běžně klesá během jednoho a půl roku na polovinu. Zatímco na poli procesorů typu Pentium má firma Intel hned několik soupeřů (firmy AMD, Cyrix, National Semiconductor, IDT), tak na poli procesorů Pentium II je to o něco složitější. Ve skutečnosti neexistuje žádný procesor typu Pentium II od jiného výrobce než od firmy Intel (Intel však v květnu 1998 prodal licenci na technologii Pentia II blíže nespecifikované firmě). Výkony nejrychlejších procesorů typu Pentium (hlavně od firmy AMD) jsou vyšší než výkon několika procesorů typu Pentium II.

INTEL PENTIUM A PENTIUM MMX
Procesory Pentium pracují na frekvenci od 60 MHz do 200 MHz, ale dnes je prakticky žádný z prodejců již nenabízí. Procesory Pentium MMX pracují na frekvencích od 166 MHz do 233 MHz. Přestože nejsou v procesoru Pentium MMX implementovány žádné speciální technologie pro paralelní zpracování instrukcí (pouze dvě blokující se instrukční fronty, které umožňují souběžné zpracování instrukcí z obou front), obsahuje tento procesor v celočíselné čárce dobrého výkonu. Procesor Pentium MMX dosahuje v plovoucí čárce výrazně vyššího výkonu než všichni jeho soupeři. Oproti klasickému Pentiu má zvýšenou L1 Cache na 32kB a je zde zavedena technologie Single Instruction Multiple Data (SIMD). Nová technologie MMX, dnes již běžná u všech výrobců, umožňuje současné provádění několika matematických výpočtů užitečných pro většinu multimediálních aplikací. Všechny procesory firmy Intel je možné charakterizovat jejich stabilitou. Firma Intel velice dbá na kvalitu polovodičových materiálů, ze kterých jsou její procesory vyráběny a podrobuje své procesory řadě testů. Není proto divu, že tyto procesory obvykle snesou mnohem vyšší zatížení než procesory ostatní výrobců. Někteří z tzv. domácích kutilů toho využívají k tomu, že přetaktují (zvýší frekvenci) svůj procesor a tím získají od svého procesoru mnohdy mnohem vyšší výkon, než pro který byl firmou Intel určen. Možná bylo chybou firmy Intel, že posledním jejím procesorem pro patici Socketu 7 byl procesor Pentium MMX 233 MHz. Z pohledu firmy Intel je tato strategie pochopitelná. Firma Intel se snaží přimět zákazníky, aby se orientovali na novější řadu svých procesorů Pentium II. Této mezery na trhu se však snaží využít ostatní výrobci a za poměrně výhodnou cenu nabízejí procesory, které ještě na „starých“ základních deskách se Socketem 7 poskytují výkon srovnatelný a někdy i vyšší než některá Pentia II.

Procesor Intel Pentium MMX z obou stran a Procesor Pentium Pro

PROCESORY AMD
Procesory firmy AMD jsou asi největšími konkurenty procesorů firmy Intel. Ne nadarmo jsou procesory firmy AMD přezdívány „intelovými zabijáky“ (Intel killers). Procesory AMD K6 jsou nabízeny na frekvencích od 166 Mhz do 300 MHz. Procesory AMD K6 266 MHz a 300 MHz se objevily až v poslední době a jsou vyrobeny novou 0,25mikronovou technologií. Procesory AMD K6 266 a 300 MHz je možné osadit do základní desky se Socketem 7, ale musíte si předem ověřit, že vaše základní deska zvládá násobící faktory 4krát a 4,5krát (starší základní desky to neumějí). Všechny AMD K6 dosahují v pevné řádové čárce, tedy v běžných aplikacích, lepšího výkonu než procesory Pentium pracující na stejné frekvenci. Částečně je to způsobeno tím, že interní vyrovnávací paměť procesorů AMD je dvojnásobná (64 kB) vůči procesoru Pentium. AMD K6 dekódují vstupní instrukce na menší RISC86 mikroinstrukce, které dále zpracovává paralelně. Ve skutečnosti je v procesorech AMD K6 implementována pro zpracování instrukcí podobná technologie jako v procesorech Pentium Pro nebo Pentium II. V pohyblivé řádové čárce i v MMX instrukcích však výkon AMD K6 za Pentiem zaostává. Procesory AMD K6 jsou poměrně stabilní a kompatibilní s Pentiem. Procesory AMD K6 jsou vždy o něco levnější (asi o 35 %) než procesory Intelu. Kvůli možnosti přetaktování a hlavně kvůli své ceně jsou velice oblíbené v sestavách se Socketem 7, a to jak pro počítače do domácnosti, tak pro profesionální počítače, které nevyžadují vyšší množství výpočtů v pohyblivé řádové čárce. Procesory AMD K6 266 Mhz a 300 MHz svými výkony již přímo útočí na výkon základních modelů procesoru Pentium II. Firma AMD již uvedla na trh procesory AMD K6 3D s rozšířenou sadou instrukcí MMX, která bude lépe podporovat výpočty 3D scén. V neposlední řadě tyto procesory pracují na základní frekvenci sběrnice 100 MHz (z klasické 66 MHz), což dále výrazně zvyšuje jejich výkon. Bohužel tyto procesory vyžadují novou základní desku podporující základní frekvenci sběrnice 100 Mhz (rychlost přístupu do pamětí). Plány firmy AMD jsou ambiciózní. Po uvedení AMD K6 3D chce uvést AMD K6+ 3D, který bude navíc obsahovat přímo na čipu 256 kB vyrovnávací paměti. Takto se vlastně vydá AMD K6 cestou Pentia Pro. Pracující na základní frekvenci 100 MHz s 256 kB vyrovnávací paměti přímo na čipu budou moci procesory AMD K6+ 3D dosáhnout výkonu Pentia II na 350 MHz až 400 MHz.

Procesory AMD K5 a AMD K6 MMX ENHANCED

PROCESORY CYRIX
Firma Cyrix byla první firmou, která odpověděla Intelu na uvedení Pentia na trh. Procesory Cyrix zpracovávají instrukce stejně jako procesory AMD K6, Pentium Pro nebo Pentium II. Rozkládají instrukce na mikroinstrukce, a ty zpracovávají paralelně. Od počátku se procesory firmy Cyrix potýkaly s problémy kompatibilita hlavně technologie (následně stability), jíž byly vyráběny. Procesory Cyrix 6x86 se přehřívaly a bylo je tudíž nutné chladit mnohem více než ostatní procesory. Technologie výroby čipů firmy Cyrix byla nejprve zakoupena firmou IBM, a ta se začala podílet na jejich výrobě. Později, když Cyrix do svých procesorů implementoval MMX instrukční sadu, byla celá firma Cyrix zakoupena firmou National Semiconductor. Poslední verze procesorů firmy Cyrix nese označení Cyrix 6x86MX a pracuje na frekvencích PR-200 (165 MHz), PR-233 (188MHz) a PR-266 (207 MHz). Budoucí verze procesoru Cyrix 6x86MX budou PR-266 (225 MHz) a PR-300 (263 MHz). Cyrix 6x86MX poskytuje vynikající výkon v klasických kancelářských aplikacích, tedy v pevné řádové čárce. Zde dokonce dosahují ještě vyššího výkonu než procesory AMD K6. Částečně to může být způsobeno 64 kB vyrovnávací paměti přímo na čipu, ale hlavně velice kvalitním paralelním zpracováním mikroinstrukcí (vynikající architektura). Co je velkou slabinou procesorů Cyrix 6x86MX je výkon v pohyblivé řádové čárce. Tedy nekupujte si Cyrix, pokud pracujete s grafikou (např. Adobe Photoshop). Zdá se, že Cyrix v poslední verzi svého procesoru již odstranil všechny problémy s kompatibilitou, které se vyskytovaly u nižších verzí jeho procesorů. Otázkou je stabilita těchto procesorů. Tyto procesory nelze tak dobře přetaktovat jako procesory AMD K6 nebo Pentium. Co je ohromným lákadlem pro všechny kupující, je cena toho procesoru, která dosahuje až poloviny ceny procesorů Pentium.

PROCESORY IDT
IDT C6 se na trhu objevil jako blesk z čistého nebe. Nikdo nečekal, že se vedle tří již tradičních rivalů objeví ještě další. Vnitřní struktura tohoto procesoru je velice jednoduchá v porovnání s procesory od AMD, Cyrixu nebo od Intelu. Tento čip není schopen paralelně zpracovávat instrukce. Přestože obsahuje velkou vyrovnávací paměť přímo na čipu, nedosahuje IDT C6 srovnatelného výkonu s ostatními procesory. Jeho výkon jak v pevné, tak i v pohyblivé řádové čárce je velice slabý. IDT C6 na 200 MHz odpovídá svým výkonem spíše Pentiu MMX na 166 MHz. Procesor IDT C6 je nabízen na frekvenci 180 MHz, 200 Mhz na 225 MHz. Firma IDT sice chystá celou řadu dalších vylepšení tohoto procesoru, ale zásadní problém spočívá právě v jednoduché architektuře tohoto čipu (spíše odpovídá zrychlené 486). Není známá ani stabilita ani kompatibilita tohoto čipu.

Procesor IDT C6

ARCHITEKTURA INTEL PENTIUM II
Procesor Intel Pentium II je vlastně kombinací Pentia Pro a rozšířením instrukční sady technologie MMX. Tato kombinace činí tento procesor ideálním pro spouštění 32bitových náročných aplikací. Intel Pentium II může být charakterizován těmito vlastnostmi:
1. Architektura dvojité nezávislé sběrnice (Dual Independent Bus)
2. Dynamické vykonávání (Dynamic Execution)
3. Pouzdro s jednou dotykovou hranou (Single Edge Contact – SEC)
4. Technologie Intel MMX
5. Vícefázové zpracování (Superpipelining) – 12 fází zpracování
6. Vícenásobné I/O operace (Write Combining)
7. Primární vyrovnávací paměť (L1 Cache) je 32kB (16kB instrukce, 16kB data)
8. Sekundární vyrovnávací paměť (L2 Cache) je 256kB/512kB

Architektura dvojité nezávislé sběrnice (Dual Independent Bus) byla poprvé implementována v Pentiu Pro jako prostředek pro zvýšení výkonu při práci se sběrnicí. Tato dvojitá sběrnice je vytvářena sběrnicí sekundární vyrovnávací paměti (L2 Cache) a systémovou sběrnicí procesoru zprostředkovávající přenos dat mezi hlavní pamětí a procesorem. Obě tyto sběrnice může procesor používat paralelně. Rychlost této sběrnice se zvyšuje s rychlostí taktování procesoru a je v průměru dvakrát vyšší než u běžných Pentií. Systémová sběrnice umožňuje simultánní transakce namísto jednoduchých sekvenčních transakcí.
Dynamické vykonávání (Dynamic Execution) bylo rovněž poprvé využito v procesoru Pentium Pro a je kombinací tří technik zpracování dat:
1. Dvou-úrovňová, adaptivní předpověď větvení (Multiple Branch Prediction)
Procesor je schopen na 90% zjistit adresu další instrukce.
2. Analýza toku dat (Data Flow Analysis)
Zkoumá dekódované a vykonávané instrukce a řadí je optimálně za sebou.
3. Spekulativní vykonávání (Speculative Execution)
Provádí nejpravděpodobnější instrukce napřed.

Pouzdrem SEC se Intel snaží nahradit starší typ PGA. Má vhodnější umístění jednotek a snadnější manipulaci. Na pouzdro SEC vlastní Intel patent a žádná jiná firma nemůže vyrábět procesory do tohoto slotu. Technologie MMX která přináší 57 multimediálních instrukcí je zde ještě víc uplatněna pokročilou technologií jádra procesoru, dále využívá techniku Single Instruction, Multiple Data (SIMD). Jednotka pohyblivé řádové čárky FPU podporuje 32-bitový a 64-bitový IEEE 754 formát stejně jako formát 80bitový. FPU je kompatibilní s FPU 486 a Pentia. Sběrnice GTL+ podporuje dvouprocesorové jednotky pro levné řešení SMP.
Pro testování a monitorování výkonu má Pentium II tyto vlastnosti:
 Built In Self Test (BIST) je zabudovaný autotest mikrokódu, cache, TLB a ROM paměti.
 IEEE 1149.1 standart umožňuje testování procesoru přes standardní rozhraní.
 Vnitřní čítače pro měření výkonu a počítání událostí.
PROCESORY INTEL PENTIUM II (KLAMATH)
Na poli procesorů Pentiu II (procesory pro patici Slot 1) nemá doposud Intel konkurenci. Přestože AMD slibuje procesor K7, nenabízí doposud žádný z rivalů Intelu čip pro patici Slotu 1. Celá řada procesorů pro Socket 7 se svým výkonem přibližuje a v mnohých případech přesahuje výkon Pentia II na frekvenci 233 MHz a 266 MHz. Vedle toho, že procesory Pentia II pracují na výrazně vyšší frekvenci než Pentia MMX, spočívá hlavní rozdíl v mechanismu zpracování instrukcí. Každá instrukce je v Pentiu II rozdělena na mikroinstrukce, které jsou paralelně zpracovávány. Tento mechanismus byl převzat z procesoru Pentium Pro a podobný mechanismus je implementován jak v AMD K6, tak i v Cyrix 6x86MX. Zvyšování výkonu Pentia MMX za hranici 233 MHz přináší pouze malé výsledné zrychlení v aplikacích. Problém spočívá v úzkém místě, kterým je komunikace mezi vyrovnávací pamětí na čipu (primární vyrovnávací pamětí) a vyrovnávací pamětí na základní desce (sekundární vyrovnávací pamětí). Pentium Pro se pokusilo vyřešit tento problém tak, že umístilo sekundární vyrovnávací paměť přímo na čip procesoru. Ale tohle řešení se ukázalo jako velice drahé, a proto přistoupil Intel k řešení, v němž opět odstranil sekundární vyrovnávací paměť z čipu a umístil ji na destičku spolu s jádrem procesoru. Úplně nejdůležitější je to, že sekundární vyrovnávací paměť u Pentia II pracuje na poloviční rychlosti jádra IDT C6. A takto vypadá AMD K6 procesoru (pokrok vůči Pentiu MMX). Pro práci se sekundární vyrovnávací pamětí obsahuje Pentium II narozdíl od Pentia MMX speciální sběrnici. Sekundární vyrovnávací paměť je velice drahá,
ale umožňuje Pentiu II dosahovat frekvence 266, 300 a 333 MHz při rychlosti přístupu do paměti 66 MHz. Pentia II na 350 a 400 MHz již přistupují do paměti rychlostí 100 MHz. Přestože jsou Pentia II drahá a vyžadují zvláštní základní desku, poskytují jak v pevné, tak i pohyblivé řádové čárce vynikající výkon.
Procesor Intel Pentium II (Klamath)

PROCESORY INTEL PENTIUM II (CELERON)
Intel si uvědomil, jaký prostor poskytl svým rivalům poté, co po svém Pentiu MMX 233 MHz defacto opustil trh levných procesorů. Výsledkem toho je procesor Celeron, který je vlastně menším bratříčkem Pentia II. Od Pentia II se liší pouze v tom, že neobsahuje sekundární paměť na destičce spolu s jádrem procesoru. Většina těch, kteří si uvědomovali význam sekundární paměti na destičce u Pentia II, se obávala velice slabého výkonu tohoto procesoru. Tyto obavy se i potvrdily. Výkon Celeronu v pevné řádové čárce je více než hrozný. Celeron, který je dnes k dispozici pouze v 266Mhz verzi, dosahuje v pevné řádové čárce stěží výkonu AMD K6 200 MHz. Zato v pohyblivé řádové čárce dosahuje tento procesor vynikajícího výkonu shodného s výkonem Pentia II. Tento procesor je vynikající pro hry a všude tam, kde je potřeba mnoho matematických výpočtů (např. Adobe Photoshop nebo 3D Studio Max). Zcela nevhodný je do serverů.

Procesor Intel Pentium II (Celeron)

PROCESORY INTEL PENTIUM II (MENDOCINO)
Dne 24. srpna přišel Intel s další řadou levných procesorů Celeron. Do dnešní doby byly Celerony taktovány na 233, 266 MHz a 300 MHz a výkonností zrovna moc neoplývaly. Absence sekundární paměti cache ovšem prudce snížila jak výkon v operacích s pohyblivou čárkou, tak i cenu, což byl záměr Intelu. Nepatrná úspora na ceně procesoru však srazila výkon dolů tak významně, že o koupi tohoto čipu by dnes již snad neměl nikdo uvažovat. Intel pochopil, že bez cache to už dnes nepůjde, a tak uvedl na trh další verze procesoru Celeron již se 128 kB paměti cache. Procesor na 300 MHz se nyní dodává i ve variantě s pamětí cache (Celeron 300A), Celeron taktovaný na 333 MHz má již sekundární cache vestavěnou standardně (oficiální název Celeron Mendocino 333). Procesory Celeron Mendocino 333 a 300A jsou o 38% a 25% rychlejší oproti Celeronu 300. V prvních dnech roku 1999 přišel a trh také procesor Celeron 366A.
Pentium II

PROCESORY INTEL PENTIUM II (XEON)
Procesor Intel® Pentium® II Xeon™ zvyšuje výkon Pentia II na novou úroveň špičkových výpočetních systému. Kombinuje vlastnosti Pentia II a podpory duálního víceprocesorového zpracování. Na trhu je k dispozici na frekvencích 400 a 450Mhz. Vlastnosti:
 Velikost L2 cache je 512K nebo 1Mbyte/2Mbyte: 450 MHz - 512K; 400 MHz - 512K, 1Mbyte. L2 cache pracuje na stejné rychlosti jako jádro procesoru (400MHz nebo 450MHz).
 Multi-transakční 100Mhz systémová sběrnice
 Schopnost adresovat 64 GB paměti, což poskytuje maximální výkon náročným aplikacím.
 Podpora 8-cestného symetrického multiprocessingu.
 Plná podpora architektury Intel Extended Server – rozšířená 36-bitová podpora procesoru (mód PSE36) kombinovaná s 36-bitovým chipsetem, který podporuje paměť větší než 4GB.
 Velikost pouzdra 15.24cm x 12.7cm x 1.905 cm
 Povrch L2 Cache 222.21mm2
 Thermal Sensor
Teplotně závislá dioda v jádře procesoru je schopna včas upozornit operační systém na zvýšenou teplotu.
 Error Checking and Correction (ECC)
Procesor je schopen automaticky opravit 1-bitovou chybu a při výskytu 2-bitové chyby je schopen upozornit operační systém. Chyby jsou zaznamenávány a je možné určit příčinu poruchy.
 Functional Redundancy Checking (FRC)
Ve víceprocesorových systémech se tato funkce používá ke zjištění chyby procesoru. V každém FRC páru pracuje jeden procesor jako master a druhý jako kontrolní. Při nesrovnalostech obou výstupů je chyba hlášena operačnímu systému.
 Processor Information ROM (PI ROM)
V procesoru Xeon je ROM paměť obsahující tabulky identifikace procesoru CPUID, tabulky maximální frekvence, napětí, tolerance napětí a teplot specifické pro procesor. Dále obsahuje informace o L2 Cache a výrobní číslo pouzdra a substrátu a další informace.
 Scratch EEPROM
Na čipu je integrována paměť Electrically Erasable and Programmable Read-Only Memory (EEPROM), do které může distribuční firma nebo prodejce vložit informace o sestavě, konfiguraci atd. Firma Intel nechává pro využití této paměti volnou ruku distributorům.