Prosessori

Suoritin eli mikroprosessori (CPU, Central Processing Unit) on tietokoneen ydin, joka koordinoi tiedonsiirron tietokoneen eri osien välillä ja suorittaa tiedon käsittelyn ja laskennan. Prosessori määrää suurelta osin koneen tehokkuuden.

Prosessori sisältää laskentayksikön eli aritmeettis-loogisen yksikön (ALU = Arithmetic Logical Unit), valvontayksikön sekä joukon yhden sanan (8, 16, 32 bittiä) tallentavia muistipaikkoja eli rekistereitä. Prosessorin "bittisyydestä" puhuttaessa tarkoitetaan yleensä prosessorin käyttämän sanan pituutta (bittien lukumäärää). Ohjelman suoritukseen liittyy kaksi tärkeää rekisteriä: ohjelmalaskuri, joka sisältää seuraavaksi toteutettavan käskyn muistiosoitteen, ja käskyrekisteri (väylän ohjausosassa), johon tallennetaan keskusmuistista etsityn käskyn koodi. Yleisiin rekistereihin tallennetaan mm. laskennan alkuarvot ja lopputulokset. Käskydekooderi (suoritusyksikön valvontaosassa) tulkitsee käskyn koodin ja muodostaa kvartsikidekellon tahdittamana käskyn toteuttavan elektronisen impulssisarjan.

Konekieli on prosessorin ymmärtämä kieli. Assembler on ihmisen ymmärtämä symbolinen versio konekielestä. Esimerkki assembler-ohjelmasta:

0008 8D 1E 0000 R LEA BX,ARR
000C B4 01 MOV AH,01H
000E CD 21 TOP: INT 21H
0010 88 07 MOV [BX],AL
0012 3C 1B CMP AL,01BH
0014 74 03 JZ DONE
0016 43 INC BX
0017 E2 F5 LOOP TOP

Graphic3

Käyttäjän havaitsemaan nopeuteen vaikuttaa myös prosessorin kellotaajuus (clock rate). Kellotaajuus ilmoittaa, montako kertaa sekunnissa koneen suoritin vaihtaa sisäistä tilaansa. Sisäisellä muutoksella tarkoitetaan jotain prosessorin suorittamaa toimenpidettä; ottaa vastaan uuden tiedon, suorittaa laskutoimituksen tai siirtää tietoa. Prosessori pyörii usein sisäisesti eri kellotaajuudella, kuin millä se keskustelee emolevyn kanssa. Kellotaajuus yksinään ei vielä kerro kaikkea prosessorin tehokkuudesta vaan tähän vaikuttavat yhtä oleellisesti myös prosessorin tarkempi sisäinen toteutus ja sisäisen välimuistin (Level 1, primary cache) määrä.

Tällä hetkellä uusien prosessorien sisäiset kellotaajuudet vaihtelevat 500 ja 2000 MHz (Mega Hertz = miljoonaa vaihdosta sekunnissa) välillä.

Välimuisti

Prosessorit sisältävät aina jonkin määrän ns. sisäistä välimuistia. Aina prosessorin hakiessa muistista uutta käskyä tai dataa se aina ensimmäiseksi tarkistaa löytyykö tarvittava tieto jo välimuistista. Yli 90% todennäköisyydellä tarvittava tieto on jo välimuistissa ja prosessori saakin sen käyttöönsä huomattavasti nopeammin, kuin varsinaisesta muistista. Jokaisella kerralla, kun prosessori joutuu tekemään haun varsinaiseen muistiin, haetaan samalla kertaa valmiiksi välimuistiin sellaista dataa, jota prosessori seuraavaksi todennäköisesti tarvitsee.

Välimuistia on yleensä monella eri tasolla. Ykköstason (Level 1) välimuisti löytyy suoraan prosessorin sisältä ja sitä on yleensä 8 - 128 kilotavua. Kakkostason (Level 2) välimuisti saattaa löytyä edelleen prosessorin kanssa samalta piiriltä mutta ei ole varsinaisesti enää suoraan prosessorin sisällä. Kakkostason välimuistin määrä on yleensä 128 - 512 kilotavua. Edelleen voi löytyä vielä 256 - 2048 kilotavua kolmannen (Level 3) tason välimuistia emolevyltä ennen varsinaista muistia. Mitä lähempänä prosessoria olevasta välimuistista tarvittava tieto löytyy, sitä nopeammin se saadaan prosessorin käsiteltäväksi.

Vlimuistin taso

Sijainti

Koko

Level 1

Prosessorin sisll

8 - 128 kilotavua

Level 2

Integroitu samaan koteloon prosessorin kanssa

128 - 512 kilotavua

Level 3

Emolevyll

256 - 2048 kilotavua

Eritasoiset välimuistit:

Graphic4

Prosessorin väylät

Prosessorin tehokkuuteen vaikuttaa oleellisesti prosessorin ja varsinaisen muistin välisen väylän (ulkoinen väylä, muistiväylä) leveys ja nopeus. Väylän leveys on yleensä 8 - 64 bittiä. Mitä leveämpi ja nopeampi väylä, sitä enemmän tietoa siirtyy kerralla muistista prosessorille ja päinvastoin.

Esimerkki 16-bittiä leveästä väylästä, jonka kellotaajuus on 60 MHz:

Graphic5

Esimerkki 32-bittiä leveästä väylästä, jonka kellotaajuus on 100 MHz:

Graphic6

Ulkoisen väylän nopeus on yleensä 100 - 400 MHz (2001). Prosessorin sisäinen kellotaajuus määräytyy ulkoisen väylän kellotaajuuden mukaan. Sisäinen kellotaajuus on aina ulkoinen kellotaajuus kerrottuna jollakin tietyllä kertoimella. Tyypillisiä kertoimia ovat 3, 3.5, 4, 4.5, 5, 5.5, 6, 6.5 ja 7. Esim. ulkoinen väylä on 100MHz ja prosessorin nopeudeksi halutaan 400MHz. Määritellään kertoimeksi siis neljä (4) eli 4 * 100MHz = 400 MHz.

Mitä nopeampi ulkoinen väylä, sitä enemmän vaaditaan myös muistipiireiltäkin. Juuri muistipiirien hitaus on tähän mennessä jarruttanut ulkoisen väylän nopeuden nostamista, mutta uudet SDRAM-muistipiirit ovat tuoneet osaltaan helpotusta tähän ongelmaan. Ulkoisen väylän ei kuitenkaan tarvitse pyöriä yhtäsuurella kellotaajuudella kuin prosessori sisäisesti, koska suurin osa prosessorin toiminnasta tapahtuu kuitenkin prosessorin sisällä ja sen sisäistä välimuistia käyttäen. Ulkoisiin yhteyksiin riittää vaatimattomampikin nopeus ilman, että koneen nopeus juurikaan kärsii. Saman sisäisen kellotaajuuden voi saada aikaan useilla erilaisilla ulkoisen kellotaajuuden ja kertoimien yhdistelmillä.

Toinen tärkeä väylä on ns. osoiteväylä, joka määrittelee kuinka paljon muistia prosessori maksimissaan pystyy osoittamaan. Osoiteväylän koko kertoo kuinka montaa kahdeksan (8) bitin eli yhden tavun kokoista muistipaikkaa prosessori pystyy käsittelemään. 32-bittisellä osoiteväylällä varustettu prosessori pystyy käsittelemään maksimissaan 4096 MB muistia. Käsiteltävän muistin määrä voidaan siis laskea suoraan kakkosen potensseina (232 = 4096 MB). Uusimmissa prosessoreissa osoiteväylä on useimmiten vähintään 36-bittiä eli muistia voi olla maksimissaan 64 GB.

Prosessorin sisällä sijaitsee vielä prosessorin oma sisäinen väylä, johon on liitetty kaikki prosessorin osat ja osien välinen tiedonkulku tapahtuu tätä väylää pitkin. Sisäinen väylä on erittäin nopea ja joskus myös huomattavan leveä, jopa 300 bittiä.

Jännite

Kukin prosessori vaatii toimiakseen tietyn käyttöjännitteen (5V ; 3,5V, 3.3V, 1.5V jne.). Mitä pienempi jännite sitä pienempi virrankulutus ja vähemmän hukkalämpöä.

Jäähdytys

Varsinkin korkealla kellotaajuudella toimivat prosessorit tuottavat huomattavasti lämpöä, joka täytyy johtaa niistä pois. Prosessorin toimiessa liian kuumana se saattaa lakata toimimasta kunnolla tai voi kokonaan rikkoutua. Jäähdytyksessä käytetään yleensä jäähdytyslevyjä ja/tai tuulettimia. Jäähdytyslevy sijoitetaan prosessorin päälle, jossa se siirtää lämmön pois prosessorista ja haihduttaa sitä tehokkaammin paremman muotoilunsa ansiosta kuin prosessori. Jäähdytyslevyn päälle on myös usein asennettuna pieni tuuletin, joka puhaltaa kuumaa ilmaa pois prosessorin läheisyydestä. Uusimmissa koteloissa myös kotelon virtalähde on sijoitettu niin, että virtalähteen tuuletin puhaltaa sopivasti prosessorin ylitse parantaen edelleen jäähdytystä.

Kanta

Prosessorit liitetään emolevyyn käyttäen erityisesti prosessorien liittämiseen käytettävää kantaa. Vuosien kuluessa erilaisia kantoja on markkinoille tullut useita. Onkin turha kuvitellä, että vanhan 486-emolevyn prosessorikantaan pystyisi liittämään jonkin uuden huippunopean Pentium IV -prosessorin. Kannattaakin tarkistaa tietokoneensa emolevyn manuaalista millaisella kannalla varustettuja prosessoreita siihen voidaan liittää ennenkuin painuu suinpäin ostamaan uutta ja tehokkaampaa suoritinta.

Seuraavassa näkyy taulukoituna yleisimmät käytetyt prosessorikannat, niiden tarjoamat jännitteet ja kantoihin sopivat prosessorityypit:

Nimi
Jännite
Yhteensopivat prosessorit
Socket 1
5V

486

Socket 2
5V

486

Socket 3
5V / 3.3V

486, AMD 5x86, Cyrix 5x86

Socket 4
5V

Pentium 60-66

Socket 5
3.3V

Pentium 75-133 MHz, Pentium MMX 125-166

Socket 6
3.3V

486

Socket 7
2.5- 3.3V

Pentium 75-200 MHz, Pentium MMX, 6x86, K5, K6, 6x86MX

Socket 8
3.1V / 3.3V

Pentium Pro

Slot 1
1.8V / 3.3V

Pentium II, Pentium III, Celeron

Slot 2

Celeron, Celeron II, Pentium III

Socket 370

Pentium II

Slot A

Athlon

Socket A

Duron, Athlon

Socket 423

Pentium IV

Socket 478

Pentium IV

Lisätietoja eri kannoista voi lukea osoitteesta <http://users.erols.com/chare/cpu_sock.htm>

Pakkaustiheys

Prosessorien pakkaustiheys eli transistorin leveys on esim. 0.25 mikronia (millimetrin tuhannesosa). Mitä suurempi pakkaustiheys on niin sitä suuremmalla kellotaajuudella prosessoreita voidaan käyttää. Suurin yleisesti käytetty pakkaustiheys on tällä hetkellä 0.13 mikronia.

Ylikellotus

Tunnetusti tietokoneissa ei koskaan ole tehoa liikaa ja monet tekevätkin kaikkensa saadakseen puristettua jokaisen tehopisaran irti laitteistaan. Yksi tämän hetken suosituimpia tapoja muistin kasvattamisen lisäksi koneen tehostamiseksi on ylikellotus. Prosessorivalmistajat tuottavat samoja prosessoreita monella eri kellotaajuudella toimivina.

Prosessorin sisäinen kellotaajuus määräytyy ulkoisen väylän kellotaajuuden ja erillisen kertoimen mukaan. Jokaiselle prosessorille on määritelty tarkkaan mikä kertoimen ja kellotaajuuden pitää olla. Mikään ei kuitenkaan estä kokeilemasta hieman suurempaa väylänopeutta tai suurempaa kerrointa. Jos käy tuuri niin prosessori toimii aivan hyvin korkeammalla kellotaajuudella ja konekin nopeutuu samalla.

Esimerkiksi koneessa on Pentium 90 prosessori joka toimii 60 MHz:in ulkoisella taajuudella kerrottuna 1.5:llä. Nostetaan ulkoinen kellotaajuus 66 MHz:iin niin meillä onkin käytössä Pentium 100. Jos vielä nostamme kertoimen 2:ksi niin saamme Pentium 133:en. Tämä saattaa jo olla liikaa eikä prosessori enää toimi kunnolla. Kone saattaa vielä käynnistyä mutta hyytyy kesken boottauksen tai muuten vain kaatuilee ja jumittelee ilman näkyvää syytä. Tällöin prosessori ei pysty toimimaan halutulla nopeudella eli vauhtia on syytä vähentää.

Ylikellotettaessa kannattaa erityisesti nostaa ulkoista väylänopeutta, koska se voi vaikuttaa myös lisälaitteiden toimintaan. Useimmissa vanhemmissa emolevyissä PCI-väylät toimivat puolella prosessorin ulkoisesta kellotaajuudesta eli prosessorin ulkoisen väylän ollessa 60 MHz on PCI-väylien nopeus 30 MHz. PCI-väylään liitetty näytönohjain nopeutuu suoraan samassa suhteessa kuin PCI-väylän nopeuskin kasvaa. Uusimmissa emolevyissä on mahdollista jopa 200 MHz tai 400 MHz väylä prosessorille, mutta PCI-väyliin liitetyt lisälaitteet eivät enää toimi, jos niitä ajetaan näin suurella kellotaajuudella vaan niiden nopeus pitää määritellä monta kertaa pienemmäksi. Myös ISA-väylien nopeus riippuu usein prosessorin ulkoisen väylän nopeudesta.

Ylikellottaminen aiheuttaa usein prosessorin ylikuumenemista, joten myös jäähdytystä on syytä lisätä. Jos aikaisemmin käytössä ei ollut tuuletinta, niin ylikellottamisen jälkeen se on jo välttämätön.

Prosessorit on suunniteltu toimimaan tietyllä nopeudella. Jos niitä ajetaan suunniteltua nopeammin, niin ne myös kuluvat nopeammin. Jos haluat varmistaa, että prosessorisi toimii vielä viidenkin vuoden jälkeen, niin älä leiki ylikellottamisella. Harvaa prosessoria kuitenkaan tulee käytettyä noinkaan kauaa. Ylikellotus asettaa myös lisävaatimuksia koneessa olevalle muistille, jos käytetään korkeimpia väylänopeuksia.

Ylikellotuksella saatava nopeushyöty on usein aika mitätön. Prosessorin kellotaajuus pitäisi periaatteessa saada vähintään tuplattua, jotta siitä on mitään näkyvää hyötyä tavallisessa hyötyohjelmakäytössä. Joidenkin tietokonepelien yhteydessä saattaa pienikin nopeuden lisääminen vaikuttaa. Tietokoneen nopeuteen vaikuttaa kuitenkin moni muukin asia kuin pelkkä prosessorin kellotaajuus. Pelkkä ylikellottaminen ei vielä nopeuta vanhaa hidasta kiintolevyä, näytönohjainta tai kasvata koneen muistikapasiteetia, jotka kaikki ovat erittäin oleellisia koneen lopullisen nopeuden kannalta.

Lisätietoa ylikellotuksesta löytyy paljon WWW:stä mm. osoitteista:

  1. <URL: http://www4.tomshardware.com/guides/overclocking/ >

  2. <URL: http://www.sysopt.com/ocdatabase.html >.

  3. <URL: http://www.sysopt.com/sphelp.html >.

Prosessoriperheet

PC-koneissa käytetään yleisimmin Intelin prosessoreita, mutta myös mm. AMD ja Cyrix valmistavat prosessoreita PC-käyttöön. Prosessorit ovat ns. ylöspäin yhteensopivia. Tämä tarkoittaa sitä, että vanhalle prosessorille tehdyt ohjelmat toimivat myös uusissa prosessoreissa. Näitä PC-koneissa käytettäviä prosessoreita kutsutaan x86-perheen prosessoreiksi. On olemassa myös muita prosessoriperheitä, joiden käskykanta ei ole yhteensopiva x86-perheen kanssa. Esimerkiksi Motorola on pitkään valmistanut 68xxx-sarjan prosessoreita, joita käytettiin erityisesti Maceissa ja Amigoissa. 68xxx-sarjan prosessorit puhuvat ruotsia, jos kuvitellaan x86-perheen prosessorien puhuvan suomea. PC-koneisiin kirjoitettu ohjelma ei voi toimia 68xxx-sarjan prosessoria käyttävässä Macissa tai Amigassa, koska prosessorien käskykanta on erilainen. Toinen yhtä oleellinen rajoitus tälläisen ohjelman toimivuudella on käytettyjen käyttöjärjestelmien eroavaisuudet.

Prosessoriperhe

Prosessorit

Valmistaja(t)

Käyttökohteet

x86

286,386,486,Celeron, Pentium,Pentium II, Pentium III, Pentium IV

Intel

K5, K6, Duron, Athlon

AMD

PC:t, sulautetut järjestelmät

68xxx

68000, 68010, 68020, 68030, 68040

Motorola

Amiga, Mac, sulautetut järjestelmät

PowerPC

600-sarja, 700-sarja

Motorola/IBM

Mac, sulautetut järjestelmät

Crusoe

TM5400, TM5500, TM5600, TM5800

Transmeta

Kannettavat PC:t, sulautetut järjestelmät

Prosessorien kehittymisestä vuosien varrella voi lukea lisää seuraavista osoitteista:

  1. Processor History <http://www.hardwarecentral.com/hardwarecentral/tutorials/25/1/ >

  2. Processor Hall of Fame <http://www.intel.com/intel/intelis/museum/exhibit/hist_micro/hof/hof_main.htm>

CISC, RISC ja VLIW

Prosessorit voidaan jakaa niiden käskykannan perusteella seuraaviin luokkiin:

CISC (Complex Instruction Set Computer) esim. x86 ja 68xxx. CISC-prosessorit sisältävät enemmän ja monimutkaisempia komentoja kuin RISC.

RISC (Reduced Instruction Set Computer) esim. PowerPC. RISC-prosessorit sisältävät pienennetyn käskykannan. Vähäisempi käskymäärä voidaan kuitenkin suorittaa huomattavasti nopeammin, kuin suurempi käskyvalikoima joten RISC-tekniikalla toteutetut koneet eivät ole yhtään sen hitaampia kuin CISC vaan monesti jopa nopeampia.

VLIW (Very-Long Instruction Word) esim. Crusoe. VLIW-arkkitehtuurissa kääntäjä muokkaa ohjelman komennot erittäin pitkiksi komentosanoiksi, jotka prosessori pystyy suorittamaan erittäin tehokkaasti ja mahdollisesti rinnakkain. VLIW on periaatteessa seuraava askel eteenpäin RISC-teknologiassa.

Intel

Intel 4004 oli ensimmäinen varsinainen mikroprosessori, joka julkaistiin 15.11.1971. Prosessorin nopeus oli huimat 108 KHz! Muistia 4004 pystyi käsittelemään maksimissaan 640 tavua.

Vuonna 1978 Intel julkaisi 8086 prosessorin, jonka käskykannan kanssa yhteensopivia ovat vielä edelleen tämän hetkiset huippuprosessorit. 8086 oli huomattavasti tehokkaampi kuin 4004 ja pystyi käsittelemään muistiakin jo 1 megatavun verran.

16-bittistä 80286-mallia käytettiin ensi kertaa IBM:n AT-mikroissa vuonna 1984. Prosessorina se on paljon kehittyneempi kuin edeltäjänsä, mutta näistä lisäominaisuuksista (isompi muistiavaruus, virtuaalimuisti, muistinsuojaus yms.) ei ole juuri mitään hyötyä DOS:ia käytettäessä. Vasta Windows pystyi käyttämään näitä ominaisuuksia kunnolla. DOS:ia käytettäessä 80286:sta saatava etu rajoittuu suurempaan nopeuteen. 80286-mikrot olivat noin 3-6 kertaa nopeampia kuin tavalliset perus-PC:t.

Seuraava prosessorimalli sai tyyppinumeron 80386. DOS-sovellusten kannalta 80386-koneet ovat kellotaajuudesta riippuen noin 8-25 kertaa nopeampia kuin 8088-koneet. 80386 on tärkeä prosessorimalli, sillä se on ensimmäinen 32-bittinen prosessori. Tämä puolestaan mahdollistaa tukun ominaisuuksia, joita aiemmissa malleissa ei ollut. Intelin lisäksi monet muutkin valmistajat kehittivät versioitaan tästä prosessorista, joka entisestään lisäsi sen suosiota ja laski hintoja. Tuloksena on ollut kokonainen lauma eri valmistajien 386-prosessoreita, jotka ovat toinen toistaan nopeampia. Perusmallin (koko nimeltään 386DX) lisäksi on tarjolla 386SX, jonka ulkoinen väylä on lyhennetty 16-bittiin, sekä 386sx:n terästetty versio 386SLC. Prosessorin ulkoisen väylän kaventaminen 32 bitistä 16 bittiin mahdollisti 286-tekniikkaan tehtyjen korttien käytön emolevyllä.

Seuraava malli oli vuonna 1989 julkistettu 32-bittinen 80486, jota käyttävät koneet ovat 25-60 kertaa nopeampia kuin ensimmäiset PC:t. 486-prosessorissa oli ensi kertaa sisäinen välimuisti (8 kilotavua) ja matematiikkaprosessori sisäänrakennettuna. 486-prosessorista on tehty kolme muunnosta; SX, DX2 ja DX4. 486SX on riisuttu malli, josta on poistettu matematiikkaprosessori. Tämä prosessori oli vastaisku AMD:n halpoja 386-prosessoreita vastaan. 486DX2:ssa sisäinen kellotaajuus on kaksinkertainen verrattuna emolevyn kellotaajuuteen ja 486DX4-prosessoreissa kolminkertainen. Sisäisen kellotaajuuden nostaminen mahdollisti prosessorin tehon nostamisen ilman, että emolevyllä olevia laitteita tarvitsi vaihtaa suurempaa kellotaajuutta käyttäviksi.

Maaliskuussa 1993 julkistettiin Intelin Pentium ("586"), jossa on kaksi 486-prosessoria rinnakkain. Kahden yksikön ansiosta Pentium pystyy suorittamaan kaksi käskyä näennäisesti yhtä aikaa ja on siten teoriassa kaksi kertaa nopeampi kuin vastaavalla kellotaajuudella toimiva 486-prosessori. Käytännössä hyöty jää 1.2-1.8-kertaiseksi, koska monet käskysarjat on Pentiumissakin pakko suorittaa peräkkäin. Jos suoritettavaksi tulee esimerkiksi hyppykäsky, niin rinnakkaisuus katoaa, sillä seuraavat käskyt on luettava uudesta muistiosoitteesta. Pentiumissa on kuitenkin varauduttu hyppyihin hyppykäskyjen ennustuslogiikalla.

Sisäisesti Pentium on 32-bittinen prosessori. Ulkoinen muistidataväylä on 64 bittiä leveä, mikä kaksinkertaistaa yhdellä kellokierroksella siirrettävän datamäärän. Pentiumin ensimmäiset mallit toimivat 66 Mhz:n kellotaajuudella, mutta prosessorin kellotaajuus kasvatettiin myöhemmin yli 200 Mhz:iin. Pentiumin käskykanta on täysin sama kuin 486:ssa.

486:ssa olevaa kahdeksan kilotavun välimuistia kasvatettiin Pentiumissa 16 kilotavuun ja jaettiin kahteen erilliseen 8 kilotavun alueeseen, josta toinen nopeuttaa koodia ja toinen dataa. Välimuisti tukee myös moniprosessorijärjestelmiä. Lisäksi liukuluvuilla tapahtuva laskenta on nopeutunut. Intel kirjoitti 486:ssa olleen matematiikkayksikön kokonaan uudelleen ja tuloksena oli Pentiumissa 5-10 kertaa nopeammat matemaattiset rutiinit kuin 486-prosessorissa.

Vuonna 1995 Intel julkisti Pentium Pro -prosessorin, jonka suorituskyky on optimoitu erityisesti 32-bittisille ohjelmille. Vanhat 16-bittiset ohjelmat eivät toimi Pentium Prossa juurikaan sen nopeammin kuin vastaavassa Pentiumissa, mutta 32-bittiset ohjelmat toimivat huomattavasti nopeammin. Pentium Prossa on myös valmiiksi integroituna L2-tason välimuisti prosessorin varsinaisen sisäisen välimuistin lisäksi. Yleensä L2-tason välimuisti on sijoitettuna emolevylle, mutta sen sijoittaminen suoraan prosessorin yhteyteen tuo heti lisää nopeutta. Pentium Prota käytettiin lähinnä tehokkaissa moniprosessoripalvelimissa, joissa 16-bittisen koodin suorituskyvyllä ei ollut niin paljoa merkitystä kuin tavallisissa vanhoja sovelluksia käyttävissä kotimikroissa. Tällä hetkellä Pentium Pro on siirtynyt pois markkinoilta uusien Pentium II/III -prosessorien tieltä.

Intel paranteli hieman Pentium-prosessoreitaan ja julkisti Pentium MMX -prosessorit. MMX on lyhenne sanoista MultiMedia eXtension, joka taas tarkoittaa 57 uutta käskyä prosessoriin. Uudet käskyt on valittu juuri multimedian vaatimuksia silmällä pitäen. MMX-käskyjen lisäksi uudet Pentium MMX-prosessorit osaavat hyödyntää SIMD (Single Instruction Multible Data) tekniikkaa eli prosessori osaa suorittaa saman käskyn useammalle datalle yhdellä komennolla. Intel kasvatti myös Pentium-prosessorien sisäisen välimuistin koon 32 kilotavuun. Täyden lisätehon saaminen MMX-prosessoreista vaatii ohjelmia, jotka on suunniteltu varta vasten hyödyntämään MMX-lisäkomentoja. Intel lupaa Pentium MMX-prosessorien olevan n. 10-20% nopeampia tavallisessa käytössä kuin perinteiset Pentium-prosessorit ja multimedia käytössä jopa 60% nopeampia. Näin ei kuitenkaan käytännössä ole. Normaalikäytössä nopeus ero on MMX:n eduksi vain alle 10% ja tämäkin ero tulee lähinnä isomman sisäisen välimuistin tuomasta hyödystä. Multimedia käytössä nopeusero voi olla parhaimmillaan tuo 60%, mutta sekin ilmenee vain juuri sopivissa olosuhteissa.

Vuonna 1997 julkistettiin Pentium II. Pentium II:ssa on yhdistetty Pentium Pron ominaisuudet MMX-laajennuksilla, suuremmalla sisäisellä välimuistilla ja entistä korkeammalla kellotaajuudella. Pentium II:et tukevat myös 100 MHz:n ulkoista väylänopeutta. Tätä ennen Intelin prosessorien suurin ulkoinen väylänopeus oli ollut vain 66 MHz.

Pian Pentium II -prosessorin julkistamisen jälkeen Intel julkisti myös ns. Celeron-prosessorin. Celeronin ensimmäiset versiot olivat riisuttuja halpaversioita Pentium II:sta. Pentium II:een sisäänrakennettu 512 kt kakkostason välimuisti on Celeronissa pienennetty 128 kt kokoiseksi tai jätetty kokonaan pois. Myös ulkoisen väylän nopeus oli ensimmäisissä Celeroneissa pienempi kuin Pentium II:ssa, eli vain 66 MHz. Samalla hinta saatiin pienemmäksi pudonneen tehon kustannuksella. Uusimmat versiot Celeron-prosessoreista käyttävät jo 100 MHz:n väylää ja sisältävät myös aina toisen tason välimuistin.

Intel julkisti Pentium II:sta myös ns. Xeon-version. Xeon on suunniteltu toimimaan paremmin moniprosessorikäytössä kuin perinteinen Pentium II -prosessori. Xeon-prosessoreita löytyykin lähinnä palvelimista ja muista erityisen suurta prosessoritehoa vaativista laitteista.

Pentium III julkistettiin 1999. Nopeimmat Pentium III -prosessorit toimivat kirjoitushetkellä yli 1000 MHz:n taajuuksilla. Pentium III toi mukanaan 70 uutta komentoa, jotka nopeuttavat erityisesti audion, videon ja grafiikan käsittelyä.

Pentium IV julkistettiin vuonna 2000. Kirjoitushetkellä kaikista suurimmalla kellotaajuudella toimivat prosessorit ovat Pentium IV -sarjan uusimmat versiot, jotka toimivat huimalla 2 GHz:n taajuudella.

AMD (Advanced Micro Devices)

AMD on jo vuosikaudet valmistanut Intel-yhteensopivia prosessoreita kotitietokonemarkkinoille. Intel on kuitenkin ollut selkeästi suurin valmistaja ja aina askeleen edellä muita. Viime vuonna AMD:n K6 prosessorit anastivat kuitenkin jo ison palan prosessorimarkkinoista itselleen. AMD on myös luvannut olevansa aina 25% halvempi kuin Intel, mikä onkin tähän asti pitänyt paikkansa.

AMD K5 oli Pentium-kantaan (Socket 7) sopiva prosessori, joka vastasi teholtaan lähinnä Intelin perinteisiä Pentium-prosessoreita. K5:sta AMD kehitti edelleen AMD K6-prosessorin, joka sisältää MMX laajennukset ja muita parannuksia K5:een verrattuna. Teholtaan AMD K6 vastaa Intelin MMX -prosessoreita ja paikoitellen jopa ohittaa ne.

Kesällä 1998 ilmestyi AMD K6-2 with 3DNow! -prosessori. Uusina ominaisuuksina mm. tuki 100 MHz väylälle ja uusia lisäkäskyjä, jotka nopeuttavat erityisesti 3D-grafiikan käsittelyä ja muuta multimediaa. Uudet lisäkäskyt eivät ole yhteensopivia Intelin MMX2-komentojen kanssa vaan ne vaativat erityisesti niitä käyttäviä ohjelmia. AMD on sopinut Cyrixin ja IDT:n kanssa jotta ne ottaisivat samat komennot käyttöön omissa prosessoreissaan. K6-2 with 3DNow! ensimmäinen versio toimi 350 MHz nopeudella ja on olemassa myös 400MHz, 450 MHz, 500MHz ja 550MHz versiot.

Loppuvuodesta 1998 AMD julkisti K6-3 -prosessorin, joka oli edelleen hieman paranneltu versio AMD K6-2:sta.

Syksyllä 1999 AMD nappasi nopeimman x86-yhteensopivan prosessorin tittelin ensimmäistä kertaa pois Inteliltä julkaisemalla huippunopean Athlon-prosessorin. Athlon toi mukanaan omat multimediakäskylaajennuksensa, jotka eivät ole suoraan yhteensopivia Intelin vastaavien kanssa. Athlon vaatii oman erityisen prosessorikantansa, mutta se tukeekin samalla huippunopeaa 200 MHz:n ulkoista väylänopeutta.

Uusimmat vuonna 2001 julkaistut versiot Ahtlon-prosessorista (Athlon MP ja Athlon XP) toimivat yli 1.5GHz:n taajuudella yhtä tehokkaasti kuin Intelin Pentium IV -prosessorit 2 GHz:n taajuudella.

Prosessorien vertailua

Prosessori

Julkaisu vuosi

Suurin kellotaajuus (MHz)

Sisäinen väylä (leveys)

Ulkoinen väylä (leveys)

Ulkoinen väylä (nopeus)

Osoite väylä

Sisäinen välimuisti (L1)

Sisäinen välimuisti (L2)

Jännite

Kanta

Intel 4004

1971

0.108

4

4

 

12

-

 

 

 

Intel 8008

1972

0.300

8

8

 

14

-

 

 

 

Intel 8080

1974

3.125

8

8

 

16

-

 

 

 

Intel 8086

1978

10

16

16

 

20

-

 

 

 

Intel 8088

1979

10

16

8

 

20

-

 

 

 

Intel 80286

1982

20

16

16

 

24

-

 

 

 

Intel 386DX

1985

33

32

32

 

32

-

 

 

 

Intel 386SX

1988

33

32

16

 

24

-

 

 

 

Intel 486DX

1989

50

32

32

 

32

8 yhdistetty

 

 

 

Intel 486SX

1991

33

32

16

 

32

8 yhdistetty

 

 

 

Intel 486DX2

1992

66

32

32

 

32

8 yhdistetty

 

 

 

Intel Pentium

1993

200

32

64

 

32

8/8

 

 

 

AMD Am486DX

1993

40

32

32

 

32

8 yhdistetty

 

 

 

AMD Am486DX2

1993

100

32

32

 

32

8 yhdistetty

 

 

 

Cyrix CX486DX

1993

50

32

32

 

32

8 yhdistetty

 

 

 

Cyrix CX486DX2

1993

80

32

32

 

32

8 yhdistetty

 

 

 

Intel 486DX4

1994

100

32

32

 

32

16 yhdistetty

 

 

 

AMD Am48xDX4

1994

120

32

32

 

32

8 yhdistetty

 

 

 

Cyrix 5x86

1994

120

64

32

 

32

16 yhdistetty

 

 

 

Intel Pentium Pro

1995

200

300

64

 

36

8/8

 

 

 

AMD Am5x86

1995

133

32

32

 

32

16 yhdistetty

 

 

 

AMD K5

1995

120

32

64

 

32

16/8

 

 

 

Cyrix CX486DX4

1995

100

32

32

 

32

8 yhdistetty

 

 

 

Cyrix 6x86

1995

150

64

64

 

32

16 yhdistetty

 

 

 

Intel Pentium MMX

1996

266

32

64

 

32

16/16

 

 

 

Intel Pentium II

1997

450

300

64

 

36

16/16

 

 

 

Intel Pentium II M

 

1200

300

64

133 MHz

36

16/16

521

1.4

 

AMD K6

1997

300

64

64

 

32

32/32

 

 

 

Cyrix 6x86 MX

1997

188

64

64

 

32

64 yhdistetty

 

 

 

Intel Celeron

1998

1200

300

64

100 MHz

36

16/16

256

1.475

Socket 370

Intel Mobile Celeron

 

933

300

64

100 MHz

36

16/16

128

1.7

 

AMD K6-2

1998

550

64

64

100 MHz

32

32/32

(1024)

2.2/3.3

Super Socket 7

AMD K6-3

1998

450

64

64

 

32

32/32

 

 

 

Cyrix MII

1998

300

64

64

 

32

64 yhdistetty

 

 

 

Cyrix III

 

700

 

 

133 MHz

 

128

 

1.9

Socket 370

Cyrix C3E

 

733

 

 

133 MHz

 

128

64

1.5

Socket 370

Cyrix C3

 

866

 

 

133 MHz

 

128

64

1.5

Socket 370

Intel Pentium III

1999

1266

300

64

133 MHz

36

16/16

512

1.45

 

Intel Pentium III Xeon

 

1000

 

 

133 MHz

 

16/16

256

2.8/5/12

Slot 2

AMD Athlon

1999

700

64

64

 

32

64/64

 

 

 

Intel Pentium IV

1999

2000

300

64

400 MHz

36

8/12 ETC

256

1.75

Socket 478

Intel Xeon

2001

2000

 

 

400 MHz

 

8/12 ETC

256

1.7

Socket 603

AMD Athlon

1999

1400

64

64

266 MHz

32

64/64

256

1.75

Socket A

AMD Duron

2000

1100

64

64

200 MHz

32

64/64

64

1.75

Socket A

AMD Mobile Duron

 

900

64

64

200 MHz

32

64/64

64

1.2-1.5

Socket A

AMD Ahtlon 4

2000

1100

64

64

200 MHz

32

64/64

256

1.2-1.5

Socket A

AMD Athlon XP

2001

1550

64

64

266 MHz

32

64/64

256

1.75

Socket A

AMD Athlon MP

2001

1550

64

64

266 MHz

32

64/64

256

1.75

Socket A

Crusoe TM3200

2000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Crusoe TM5400

2000

700

 

 

 

 

128

256

0.9-1.3

 

Crusoe TM5500

2001

800

 

 

133 MHz

 

128

256

0.9-1.3

 

Crusoe TM5600

2000

700

 

 

 

 

128

512

0.9-1.3

 

Crusoe TM5800

2001

800

 

 

133 MHz

 

128

512

0.9-1.3

 

Prosessorien suhteellinen nopeus verrattuna Intel 8086:een.

Prosessorien suhteellinen nopeus verrattuna Intel Pentium 200:een.

Customer: "Where can I get a BIOS upgrade for by 286 computer?"

Tech Support: "The unit should have been shipped with the latest bios."

Customer: "Well, I upgraded the processor myself, and my computer doesn't seem to work."

Tech Support: "What did you upgrade the processor to?"

Customer: "I upgraded it to a 486DX-50."

Tech Support: "Sir...the 286 chip is soldered on the motherboard!"

Customer: "I know, I took out my handy soldering iron and took it out and put the 486 on myself."

Tech Support: "Sir, the 486 is bigger than the 286."

Customer: "I know, I had to use quite a bit of solder to solder the extra pins together."

Kurssimateriaalien käyttäminen kaupallisiin tarkoituksiin tai opetusmateriaalina ilman lupaa on ehdottomasti kielletty!
Copyright © Tommi Lahtonen (tommi.j.lahtonen@jyu.fi)<URL: http://www.iki.fi/hazor/>
Petri Heinonen (peheinon@mit.jyu.fi)<URL: http://www.mit.jyu.fi/peheinon/>