Предисловие

За последние годы радикально изменилась стратегия развития процессоров. Длившаяся на протяжении многих лет “гонка гигагерц” ушла в прошлое, а основной тон стали задавать многоядерные процессоры с 64‑разрядной архитектурой. В последнее время прослеживается тенденция перераспределения функциональных блоков между процессорами, системной логикой и видеоадаптерами.

Ежегодно в компьютерной индустрии происходит огромное количество изменений, связанных с совершенствованием технологий, улучшением технических характеристик и потребительских качеств выпускаемых продуктов. В микропроцессорах – наиболее сложных микроэлектронных устройствах – воплощены самые передовые достижения научной и инженерной мысли. Следить за непрерывно происходящими изменениями становится всё сложнее. Это пособие призвано помочь широкому кругу читателей – как начинающим, так и опытным пользователям компьютеров, разобраться в многообразии предлагаемых производителями продуктов и аппаратных решений.

Пособие состоит из 14 глав и англо-русского словаря терминов и аббревиатур.

В первой главе “Общие сведения о микропроцессорах” приведена развёрнутая характеристика современных микропроцессоров, рассмотрены Принстонская и Гарвардская архитектуры. Большое внимание уделено низкоуровневому представлению различных типов данных в памяти компьютера и операциям над этими типами в сверхоперативной памяти компьютера, ограниченной разрядностью регистров. Также рассмотрены способы адресации байтов.

Во второй главе “Архитектура микропроцессоров” рассмотрены 32-разрядные микропроцессоры корпорации Intel. Основное внимание уделено составу регистров и их функциям, а также различным типам адресации операндов. Кратко рассмотрены регистры дополнительных функциональных модулей. Дано систематизированное описание команд 32-разрядных микропроцессоров. Полное описание системы команд приведено в приложении Б.

Третья глава “Организация многоуровневой памяти” посвящена вопросам организации работы кэш-памяти, рассмотрены основные протоколы когерентности памяти. Затронут вопрос виртуализации памяти как дополнительный способ достижения эффекта сокращения времени доступа в основную память.

Четвёртая глава “Режимы работы процессоров IA-32” содержит описание всех режимов работы 32-разрядных Intel-совместимых микропроцессоров. Основное внимание уделено рассмотрению защищённого режима, который собственно и используется современными операционными системами. Приведено поразрядное описание и функции регистров микропроцессора, предназначенных для организации защищённого режима работы микропроцессоров.

В пятой главе “Страничная организация памяти в процессорах семейства IA‑32” приведено поразрядное описание и функции регистров микропроцессора, предназначенных для страничной организации памяти.

Шестая глава “Архитектура процессоров с параллелизмом уровня команд” рассматривает теоретические аспекты параллельных вычислений и способы программного и аппаратного распараллеливания вычислений в 32- и 64-разрядных микропроцессорах.

В седьмой главе “Мультитредовые микропроцессоры” рассмотрена архитектура поддержки одновременного выполнения различных вычислительных потоков, используемая во всех современных микропроцессорах.

Восьмая глава “Модуль обработки вещественных чисел” содержит подробное описание способов представления чисел с плавающей запятой, а также поразрядное описание регистров модуля и их функций. Описание команд обработки вещественных чисел вынесено в приложение В.

Девятая глава “Основы 64-разрядной архитектуры” посвящена описанию структуры, состава и принципам функционирования многоядерных процессоров корпораций Intel и AMD.

В десятой главе “Современные 64-разрядные микропроцессоры корпораций Intel и AMD” дано описание новейших архитектурных решений Intel Core i7 и AMD K10 корпораций Intel и AMD.

Одиннадцатая глава “Технологии, поддерживаемые современными микропроцессорами” содержит описание технологий тепловой защиты, энергосбережения, антивирусной защиты и т.п.

Двенадцатая глава “Графические микропроцессоры” содержит описание аппаратных решений, используемых для поддержки обработки трёхмерной графики в реальном времени. Рассмотрен конвейерный расчёт трёхмерных сцен в шейдерном процессоре.

В тринадцатой главе “Однокристальные микроконтроллеры” кратко рассмотрены состав, назначение и принцип действия микроконтроллеров, приведено описание архитектуры, режимы работы и характеристики микроконтроллеров AVR корпорации Atmel.

Четырнадцатая глава “Технология производства микропроцессоров” даёт понятие технологического процесса производства микросхем, описывает новейшие технологические решения и используемые при этом материалы для производства СБИС, описывает технологию “напряжённого” кремния. Кроме этого глава содержит описание этапов производства СБИС от выращивания кристалла до изготовления корпуса. В конце главы рассмотрены перспективы производства СБИС.