Архітектура комп'ютерів

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ

Бердичівський політехнічний коледж

Контрольна робота № 1

на тему

“Архітектура комп'ютерів”

курс 4 (варіант №9)

студента групи ПЗС-404

ІЛЬЧИШИНА Віталія Сергійовича

Перевірив викладач В.Ю. КОЗІК

м. Бердичів

2006 р.

Зміст

1. Паралельні архітектури

2. Шина процесора

3. Архітектура подвійної незалежної шини корпуса та гнізда мікропроцесорів

4. Технологія MMX, 3Dnow, Enhanced

Список використаної літератури

1. Паралельні архітектури

Паралельність розвивалась за двома напрямами:

1) вдосконалення структури комп’ютера за рахунок зменшення різниці між швидкістю роботи процесора та швидкістю доступу до оперативної пам’яті;

2) повторення однотипних пристроїв комп’ютера, об’єднаних за певною топологією.

Паралелізм застосовувався на кількох ієрархічних рівнях, зокрема:

1) рівень завдань — між завданнями, що виконуються на комп’ютері, або між фазами завдання;

2) програмний рівень — між частинами програми (наприклад, в межах циклів);

3) командний рівень — між фазами виконання команди (інструкціями процесора);

4) арифметичний та розрядний рівні — між елементами векторної операції всередині логічних схем арифметичного пристрою.

Принципові способи введення паралелізму в архітектуру комп’ютера можна поділити на такі групи:

— функціональна обробка — надання декільком пристроям можливості виконання різних функцій, зокрема операцій логіки, додавання, множення та ін.

- конвеєрна обробка — використання принципу конвеєра з метою підвищення ефективності пристроїв;

— матрична обробка — використання матриці однакових процесорних елементів зі спільною системою керування, де всі елементи виконують одну і ту саму операцію, але з різними даними;

— мультипроцесорна обробка — здійснюється декількома процесорами, кожен з яких виконує власні команди, і всі вони взаємодіють через спільну оперативну пам’ять.

2. Шина процесора

Шина даних процесора (або головна шина) також іноді називається локальною шиною, оскільки вона локальна для процесора, який сполучений безпосередньо з нею. Будь-хто інший. Якщо процесор має 32-розрядну шину даних, то головна шина процесора на системній платні також повинна бути 32-розрядною. Це означає, що система може пересилати в процесор або з процесора за один цикл 32 розряди (бита) даних. У процесорів різних типів розрядність шини даних різна, причому розрядність головної шини процесора на системній платні повинна співпадати з розрядністю встановлюваних процесорів. Кажучи про розрядність процесорів, слід звернути увагу на той факт, що, хоча всі процесори Pentium мають 64-розрядну шину даних, розрядність їх внутрішніх регістрів складає тільки 32 біт і вони виконують 32-розрядні команди. Таким чином, з погляду програмного забезпечення всі чипи від 386 до Pentium III мають 32-розрядні регістри і виконують 32-розрядні інструкції. Проте, з погляду досвідченого фахівця який має уявлення про електроніку та фізику, розрядність шини даних цих процесорів, що працюють з 32-розрядним програмним забезпеченням, рівна 16 (386SX), 32 (386DX, 486) і 64 розрядам (Pentium). Розрядність шини даних— головний чинник при проектуванні системної платні і систем пам'яті, оскільки вона визначає, скільки бітів передається в чип і з чипа за один цикл. Процесор майбутнього P7, званий Itanium (раніше Merced), передбачає нову 64-розрядну систему команд (IA-64), але як і раніше виконуватиме всі 32-розрядні команди, властиві звичайним процесорам — від 386 до Pentium. Ще не відомо, чи буде Itanium мати 64-розрядну шину даних подібно Pentium або ж у нього буде 128-розрядна шина. Відомо що всі системи на основі 486-го процесора мають 32-розрядну шину процесора, тому розрядність головної шини у всієї системної плати для 486-х процесорів рівна 32. Розрядність шини даних у всіх процесорів Pentium— і у оригінального Pentium, і у Pentium MMX, і у Pentium Pro, і навіть у Pentium II і Pentium III— рівна 64 тому розрядність головної шини процесора у системної платі для Pentium також рівна 64. Не можна встановити 64-розрядний процесор на 32-розрядну системну плату, тому на системну плату для 486-го процесора не можна встановити справжній процесор Pentium. На основі апаратних засобів можна виділити наступні категорії систем: 64.

Компоненти PC, має можливості і проектування систем:

8-розрядні;

16-розрядні;

32-розрядні;

64-розрядні.

З погляду розробника, якщо не брати до уваги розрядність шини, архітектура всіх систем — від 16- і до 64-разрядных— в основі своїй практично не змінювалася. Старіші 8-розрядні системи істотно відрізняються. Можна виділити два основні типи систем, або два класи апаратних засобів: 8-розрядні системи (клас PC/XT); 16/32/64-разрядные системи (клас АТ). Тут PC — це абревіатура, утворена від реrsonal computer (персональний комп'ютер), XT — XTended PC (розширений PC), а AT — advanced technology PC (вдосконалена технологія PC). Терміни PC, XT, і AT, що використовуються в цій книзі узяті з назв первинних систем IBM. Комп'ютер XT— це практично той же комп'ютер PC, але в ньому на додаток до дисковода для гнучких дисків, який використовувався в базисному комп'ютері PC для зберігання інформації, був встановлений жорсткий диск. В цих комп'ютерах використовувалися 8-розрядні процесори 8088 і 8-розрядна шина ISA (Industry Standard Architecture — архітектура промислового стандарту) для розширення системи. Шина — ім'я, дане роз’ємом розширення, в які можна встановити додаткову плату. Шина ISA називається 8-розрядною тому, що в системах класу PC/XT через неї можна відправляти або одержувати тільки 8 біт даних за один цикл. Дані в 8-розрядній шині відправляються одночасно по восьми паралельних дротах. Комп'ютери, в яких розрядність шини рівна 16 або більше, називаються комп'ютерами класу АТ, причому слово advanced указує, що їх стандарти вдосконалені в порівнянні з базисним проектом, і ці удосконалення вперше були здійснені в комп'ютері IBM AT. AT— позначення, IBM, що застосовувалося, для комп'ютерів, в яких використовувалися вдосконалені роз’єми розширення і процесори (спочатку 16-, а пізніше 32- і 64-розрядні). В комп'ютер класу АТ можна встановити будь-який процесор, сумісний з Intel 286 або більш старшою моделлю процесорів (включаючи 386, 486, Pentium Pentium Pro і Pentium II), причому розрядність системної шини повинна бути рівна 16 або більше. При проектуванні систем найважливішим чинником є архітектура системної шини разом з базисною архітектурою пам'яті, реалізацією запитів переривання (Interrupt ReQuest — IRQ), прямого доступу до пам'яті (Direct Memory Access — DMA) і розподілом адрес портів уведення-виведення. Способи розподілу і функціонування цих ресурсів у всіх комп'ютерів класу АТ схожі. В перших комп'ютерах AT використовувався 16-розрядний варіант шини ISA, який розширив можливості первинної 8-розрядної шини, що застосовувалася в комп'ютерах класу PC/XT. З часом для комп'ютерів AT було розроблено декілька версій системної шини і роз'ємів розширення.

Шина процесора з DIB застосовується кеш-пам'яттю другого рівня, тому вона може працювати значно швидше, ніж в тому випадку, якщо б їй довелося використовувати (сумісно з процесором) основну шину.

У архітектурі DIB передбачено дві шини: шина кеш-пам'яті другого рівня і шина, що сполучає процесор і основну пам'ять, або системна шина. Процесори Pentium Pro, Celeron, Pentium Will, Athlon і Duron можуть використовувати обидві шини одночасно, завдяки чому знижується критичність такого параметра, як пропускна спроможність шини.

Для реалізації архітектури DIB кеш-пам'ять другого рівня перемісить з системної плати в один корпус з процесором, що дозволило наблизити швидкодію кеш-пам'яті другого рівня до швидкодії вбудованої кеш-пам'яті, яка значно перевершує швидкодію пам'яті, що поміщається на системну плату. Щоб помістити кеш в корпус процесора, знадобилося модифікувати кубло процесора. В даний час існують наступні процесори, які встановлюються в кубло типа Socket і підтримують DIB: Pentium Pro (Socket 8), Pentium Пі/Celeron (Socket 370) і Socket А (Athlon/Duron); у кубло типа Slot встановлюються процесори Pentium П/Ш/Celeron (Slot 1) і Athlon (Slot А).

DIB також дозволяє системою шині виконувати одночасно декілька транзакцій (а не одну послідовність транзакцій), завдяки чому швидшає потік інформації усередині системи і підвищується ефективність. Всі засоби архітектури DIB підвищують пропускну спроможність майже в три рази в порівнянні з процесором, що має архітектуру одиночної шини.