Навигация
Архітектура подвійної незалежної шини, корпуса та гнізда мікропроцесорів
26585
знаков
0
таблиц
0
изображений
3. Архітектура подвійної незалежної шини, корпуса та гнізда мікропроцесорів
Іншою новиною P6 є архітектура подвійної незалежної шини. Процесор має дві шини даних: одну — для системи (системної плати), іншу — для кеш-пам'яті. Завдяки цьому істотно підвищилася швидкодія кеш-пам'яті. Процесори покоління P5 мали тільки одиночну шину процесора на системній плати, і всі дані, включаючи передавання в кеш і з нього, передавалися по ній. Основна проблема полягала в тому, що швидкодія кеш-пам'яті була обмежена тактовою частотою шини системної плати, яка дорівнювала 66 Мгц. Сьогодні кеш-пам'ять може працювати на тактовій частоті 500 Мгц або вище, а оперативна пам'ять (SDRAM) — з тактовою частотою 100 Мгц, через це виникла необхідність помістити пам'ять ближче до процесора. Було ухвалено рішення під'єднати до процесора додаткову шину, звану спеціалізованою (або виділеної) шиною кеша. Кеш-пам'ять другого рівня була сполучений з цією шиною і могла працювати на будь-якій тактовій частоті. Спочатку це було реалізовано в Pentium Pro, де кеш-пам'ять другого рівня була встановлена в корпусі процесора і працювала на його тактовій частоті. Проте таке рішення виявилося дуже дорогим, і тому кеш-пам'ять другого рівня була переміщений з корпусу процесора на картрідж, в який тепер упаковується Pentium II. В цьому випадку шина кеша могла працювати на будь-якій тактовій частоті, і спочатку вона працювала на частоті, удвічі меншої тактової частоти процесора. За наявності кеша на додатковій шині, безпосередньо сполученій з процесором, його швидкодія сумірно з швидкодією процесора. Якби швидкодія кеша обмежувалася тактовою частотою системної плати (наприклад, 66 або 100 Мгц), як у разі використовування гнізда типа Socket 7 (процесор P5), тактова частота кеш-пам'яті була б рівна Шосте покоління процесорів: P6 (686) 167 66 Мгц, навіть якщо частота процесора дорівнювала б 333 Мгц; на більш новій плати кеш “зав'язнув” би на тактовій частоті 100 Мгц при частоті процесора 500МГц і вище. У міру зростання тактової частоти процесора з подвійною незалежною шиною за рахунок більш високих множників тактової частоти системної плати швидкодія кеша збільшується в ту ж кількість раз що і тактова частота процесора. Іншими словами, швидкодія кеш-пам'яті на подвійній незалежній шині збільшується пропорційно швидкодії процесора. Архітектура подвійної незалежної шини необхідна для підвищення ефективності процесора, що працює на тактовій частоті 300МГц і вище. Із старим гніздом типа Socket 7 (для процесорів P5) таких тактових частот досягти було неможливо і довелося б нести величезні втрати в ефективності через повільну (прив'язаної до тактової частоти системної плати) кеш-пам'яті другого рівня. Саме тому тактова частота процесорів Pentium класу P5 не перевершує 266 Мгц; процесори P6 працюють на тактових частотах 500 Мгц і вище. Нарешті, в архітектурі P6 були розширені обчислювальні можливості суперскаляра процесорів P5: додані нові пристрої виконання команд, а команди розбиті на спеціальні мікрооперації. Можна сказати, що команди CISC реалізовані як послідовності команд RISC. Складність команд рівня RISC нижче, і тому організувати їх більш ефективну обробку в паралельно працюючих пристроях виконання команд набагато простіше. Якщо ви пам'ятаєте, P5 мав тільки два модулі виконання команд, тоді як P6 має не менше шести окремих спеціалізованих (виділених) модулів. Такий суперскаляр називається трьохконвейєрним (множинні модулі виконання команд можуть виконувати до трьох команд в одному циклі). Крім всього іншого, в архітектуру P6 вбудована підтримка багатопроцесорної системи, вдосконалені засоби виявлення і виправлення помилок, а також оптимізовано виконання 32-розрядного програмного забезпечення. Pentium Pro, Pentium II/III і інші процесори шостого покоління— це не просто Pentium з більш високою швидкодією, вони мають багато додаткової нагоди і більш досконалу архітектуру. Ядро мікросхеми RISC-подібне, а команди більш високого рівня належать до класичної для Intel архітектури CISC. Розчленовувавши CISC-команди на окремі команди RISC і виконуючи їх на паралельно працюючих конвейєрах, Intel добивається збільшення загальної швидкодії. В порівнянні з Pentium, працюючим на тій же тактовій частоті, процесори P6 швидше виконують 32-розрядне програмне забезпечення. В процесорах P6 засобу динамічного виконання оптимізовані, в першу чергу, з метою підвищення ефективності при виконанні 32-розрядного програмного забезпечення (наприклад, такого як Windows NT/2000). Якщо ви використовуєте 16-розрядне програмне забезпечення на зразок операційних систем Windows 9х (які частина часу працюють в 16-розрядному середовищі) або ще старіші додатки, P6 не забезпечуватиме очікуваного підвищення ефективності. Це пояснюється тим, що в даному випадку не будуть до кінця використані можливості динамічного виконання. Тому Windows NT/2000 часто розцінюють як найбажанішу операційну систему для процесорів Pentium Pro, Celeron і Pentium II/III. Хоча ці процесори чудово працюють під управлінням Windows 9х, тільки Windows NT/2000 повністю використовує переваги P6. Причому ці переваги використовуються не стільки самою операційною системою, скільки додатками під її управлінням. Думаю, що розробники при створенні програмного забезпечення не забаряться скористатися всіма перевагами процесорів шостого покоління. Для цього знадобляться сучасні компілятори, які зможуть підвищити ефективність виконання 32-розрядного коду у всіх процесорах Intel. Але раніше потрібно поліпшити передбаченість коду щоб можна було використовувати переваги динамічного виконання множинного прогнозу галужень.
Itanium — перший мікропроцесор, в основу якого встановлена 64-розрядна архітектура IA-64. Це абсолютно нова архітектура процесора, в якій використовується концепція VLIW (Very Long Instruction Words — дуже довгі командні слова), прогноз команд, виділення переходу, попереджуюче завантаження і інші вдосконалені методи, що дозволяють збільшити паралелізм програмного коду. Нова мікросхема міститиме як елементи RISC, так і CISC. Існує ще одна нова архітектура, яку Intel називає EPIC (Explicitly Parallel Instruction Computing— команди явно паралельних обчислень); вони дають вказівку процесору виконувати одночасно декілька команд. В Itanium в 128-розрядному слові закодовано три команди, кожна з них міститиме ще декілька додаткових бітів, на відміну від сьогоднішніх 32-розрядних команд. Додаткові біти дозволяють адресувати більшу кількість регістрів і використовуються для управління процедурою паралельного виконання команд в процесорі. Все це спрощує проектування процесорів з багатьма модулями для паралельного виконання команд і дозволяє підвищити їх тактову частоту. Іншими словами, крім здатності одночасно виконувати декілька окремих команд усередині процесора, Itanium може зв'язуватися з іншими мікросхемами і створювати середовище паралельної обробки. Крім нових можливостей і абсолютно нової 64-розрядної системи команд, Intel і Hewlett-Packard гарантують повну сумісність “вниз” від Itanium до нинішнього 32-розрядного програмного забезпечення Intel x86 і програмного забезпечення PA-RISC фірми Hewlett-Packard. В Itanium з'єднано три різні процесори в одному, а це значить що Itanium зможе одночасно виконувати вдосконалене, явно “паралельне” програмне забезпечення з архітектурою IA-64, Windows (з архітектурою IA-32) і програми HP-RISC UNIX. Таким чином, Itanium підтримує 64-розрядні команди при збереженні сумісності з сьогоднішніми 32-розрядними додатками. Щоб використовувати переваги 32-розрядних комп'ютерів, першим з яких був 386-й, необхідно було написати нове програмне забезпечення. На жаль, індустрія створення програмного забезпечення розвивається набагато повільніше індустрії апаратних засобів. Пройшло цілі 10 років після появи процесора 386, перш ніж Microsoft випустила Windows 95 — першу 32-розрядну операційну систему. В Intel стверджують, що таке не може трапитися з Itanium: Microsoft вже почала працювати над 64-розрядною версією Windows NT. Проте, не дивлячись на це, швидше за все, буде потрібно декілька років, щоб ринок програмного забезпечення переорієнтувався на 64-розрядні операційні системи і 64-розрядне програмне забезпечення. Зараз встановлено дуже багато 32-розрядних процесорів, і зворотна сумісність з 32-розрядним режимом дозволить Itanium швидко виконувати 32-розрядне програмне забезпечення, оскільки для цього будуть передбачені апаратні засоби, а не емуляція за допомогою програмного забезпечення. При виготовленні Itanium використовується 0,18-мікронна технологія. Це дозволить зменшити розмір транзистора, а значить, збільшити їх кількість на кристалі. Модернізація процесора 209 Головна мета розробки архітектури IA-64 полягає в тому, щоб створити мікросхеми які домінували б на ринку робочих станцій і серверів і могли конкурувати з такими мікросхемами, як Digital Alpha, Sun Sparc і Motorola PowerPC. Компанія Microsoft розробляє версію операційної системи Windows NT для P7, а фірма Sun — версію Solaris (програмне забезпечення для операційної системи UNIX). NCR вже оголосила, що будуватиме Solaris-системи на основі Itanium. В процесорі Itanium застосовується новий тип корпусу Pin Array Cartridge (РАС); вага процесора близько 170 г Розділення ланцюгів сигналів і живлення Підкладка Статична кеш-пам’ять. Шина кеша працює на частоті ядра Itanium має три рівні кеш-пам'яті: стандартні перший і другий рівні і кеш-пам'ять третього рівня, розташовану на окремому кристалі. Вся кеш-пам'ять встановлюється в картриджі процесора. Iiaa.iecaoey i.ioanni.a При створенні процесора 486 і більш пізніх Intel, враховуючи той факт, що може бути потрібно нарощування обчислювальних можливостей, розробила стандартні гнізда типа Socket, які підходять для ряду процесорів. Таким чином, маючи системну плату з гніздом типа Socket 3, можна встановити в нього фактично будь-який процесор 486, а маючи системну плату з гніздом типа Socket 7 — будь-який процесор Pentium. Щоб максимально використовувати можливості системної плати, ви можете встановити найшвидший процесор з числа підтримуваних вашою платою. Звичайно це визначається типом гнізда на системній платі. Допустимо (найшвидший) процесор можна встановити в конкретний тип гнізда. Наприклад, якщо ваша системна плата має гніздо типа Socket 5 для Pentium, можете встановити процесор Pentium MMX 233 Мгц з перетворювачем напруги 2,8В або AMD-K6. Якщо у вас гніздо типа Socket 7, значить, ваша системна плата підтримує (безпосередньо, без яких-небудь перетворювачів) більш низьку напругу, необхідну наприклад, для Pentium MMX або AMD-K6. Заміна процесора може в деяких випадках подвоїти ефективність системи, наприклад якщо Pentium 100 поміняти на Pentium MMX 233. Проте якщо у вас Pentium 233, то замінити його ви не зможете, оскільки це найшвидший процесор, який можна встановити в гніздо типа Socket. У такому разі вам доведеться повністю замінити системну плату, щоб встановити процесор Pentium II. Якщо ваш корпус не якийсь особливий і в нього можна встановити стандартну системну плату з формфактором Baby-AT або ATX, рекомендую замінити системну платою і процесор, а не намагатися знайти процесор, який працюватиме з вашою платою. У свій час Intel активно просувала ідею процесорів OverDrive. Але часта зміна типів корпусів і роз'ємів, напруги живлення, зміна системи охолоджування і т.д. привели до того, що процесори OverDrive не користуються популярністю. Користувачі обожнюють знать, наскільки “швидкий” у них комп'ютер. Щоб допомогти їм задовольнити цю цікавість, розроблені різні програми тестування (для вимірювання різних параметрів ефективності системи і процесора). Хоча жодне число не може повністю відобразити ефективність складного пристрою, такого як процесор або весь комп'ютер, тести можуть бути корисні при порівнянні різних компонентів і систем. Єдино вірний і точний спосіб зміряти ефективність системи — перевірити її в роботі з додатками. На продуктивність одного компоненту системи часто роблять вплив інші її компоненти. Не можна одержати точних цифр, порівнюючи системи які мають не тільки різні процесори, але і різні об'єми або типи пам'яті, жорсткі диски, відеоадаптери і ін. Все це впливає на результати випробувань, і набувають значення можуть сильно відрізнятися від істинних, якщо тестування проводилося неправильно. Причини несправності процесорів Тести бувають двох видів: тести компонентів, що вимірюють ефективність специфічних частин комп'ютерної системи, таких як процесор, жорсткий диск, відеоадаптер або накопичувач CD-ROM, і тести системи, що вимірюють ефективність всієї комп'ютерної системи, яка виконує даний додаток або даний набір тестових програм. Тести частіше за все видають тільки один вид інформації. Краще всього перевірити систему, використовуючи власний набір операційних систем і додатків. Є компанії, які спеціалізуються на програмах тестування. Ці компанії, а також розроблені ними тести перераховані нижче.
Частіше всього проблеми в роботі комп'ютера виникають “з вини” інших пристроїв. Процесор є одним з найважливіших пристроїв, тому його працездатність зразу ж вплине на функціонування всієї системи в цілому. Виявити несправність процесора можна тільки за допомогою другого явно справного процесора. Проте при цьому можна “спалити” справний процесор, якщо, наприклад, невірно встановлені перемички живлення на системній платі. Всі дії з процесором необхідно виконувати з особливою акуратністю, а живлення комп'ютера включати тільки після повторної перевірки правильності установки процесора в гнізді і відповідних перемичок на системній платі. Однією з найпоширеніших причин виникнення проблем при роботі процесорів є їх “розгін”, тобто установка параметрів, не відповідних робітникам. Це приводить до нагрівання процесора і, як наслідок, до виходу його з ладу. Якщо ви намагаєтеся “розігнати” процесор, то звертайте особливу увагу на температурний режим його роботи. Проконтролювати температурний режим роботи можна, або безпосередньо торкнувшись до радіатора процесора, або за допомогою програмних засобів.
4. Технологія MMX, 3Dnow, Enhanced
Залежно від контексту, ММХ може означати multi-media extensions (мультимедійні розширення) або matrix math extensions (матричні математичні розширення). Технологія ММХ використовувалася в старших моделях процесорів Pentium п'ятого покоління як розширення, завдяки якому швидшає компресія/декомпресія відеоданих, маніпулювання зображенням, шифрування і виконання операцій ввода-вивода— майже всі операції, використовувані в багатьох сучасних програмах.
У архітектурі процесорів ММХ є два основні удосконалення. Перше, фундаментальне, полягає у тому, що всі мікросхеми ММХ мають більший внутрішній вбудований кеш, ніж їх побратими, що не використовують цю технологію. Це підвищує ефективність виконання кожної програми і всього програмного забезпечення незалежно від того, чи використовує воно фактично команди ММХ.
Інше удосконалення ММХ полягає в розширенні набору команд процесора 57 новими командами, а також у введенні нової можливості виконання команд, званої одиночний потік команд — множинний потік даних (Single Instruction — Multiple Data, SIMD).
У сучасних мультимедійних і мережевих додатках часто використовуються цикли; хоча вони займають близько 10% (або навіть менше) об'єму повного коду додатку, на їх виконання може піти до 90% загального часу. SIMD дозволяє одній команді здійснювати одну і ту ж операцію над декількома даними, подібно тому як викладач, читаючи лекцію, звертається до всієї аудиторії, а не до кожного студента окремо. Технологія SIMD дозволяє прискорити виконання циклів при обробці графічних, анімаційних, відео- і аудіофайлів; інакше ці цикли віднімали б час у процесора.
Intel також додала 57 нових команд, спеціально розроблених для ефективнішої обробки звукових, графічних і відеоданих. Ці команди призначені для виконання з високим ступенем паралелізму послідовностей, які часто зустрічаються при роботі мультимедійних програм. Високий ступінь паралелізму в даному випадку означає, що одні і ті ж алгоритми застосовуються до багатьох даних, наприклад до даних в різних крапках при зміні графічного зображення.
Такі компанії, як AMD і Cyrix, ліцензіювали у Intel технологію ММХ і реалізували її у власних процесорах.
Технологія 3DNow розроблена компанією AMD у відповідь на реалізацію підтримки інструкцій SSE в процесорах Intel. Вперше (травень 1998 року) SDNow реалізована в процесорах AMD Кб, а подальший розвиток — Enhanced 3DNow — ця технологія одержала в процесорах Athlon і Duron. Аналогічно SSE, технології SDNow і Enhanced SDNow призначені для прискорення обробки тривимірної графіки, мультимедіа і інших інтенсивних обчислень.
SDNow є набором з 21 інструкції SIMD, які оперують масивом даних у вигляді одиничного елементу. У Enhanced SDNow до існуючих додані ще 24 нові інструкції. Технології обробки даних SDNow і Enhanced SDNow хоча і подібні SSE, але несумісні на рівні інструкцій, тому виробникам програмного забезпечення необхідно окремо реалізувати підтримку цих технологій.
Технологія SDNow, як і SSE, підтримує операції SIMD з плаваючою комою, а також дозволяє виконувати до чотирьох операцій з плаваючою комою за один цикл. Інструкції SDNow для операцій з плаваючою комою можуть використовуватися разом з командами ММХ без помітного зниження швидкодії. Підтримується і попереджуюча вибірка даних — механізм попереднього прочитування даних з кеш-пам'яті.
Всі технології прискорення обробки даних компаній Intel і AMD реалізовані на рівні операційних систем Windows 9x і Windows NT/2000. Окрім цього, всі програмні інтерфейси DirectX (з версії 6) компанії Microsoft і Open GL компанії SGI оптимізовані для технології SDNow, а практично всі сучасні відеодрайвери SDfx, ATI, Matrox і nVidia підтримують SDNow і Enhanced SDNow. Не дивлячись на те що технологія SDNow підтримується багатьма комп'ютерними іграми і драйверами відеоадаптерів, існує ряд професійних графічних додатків (до їх числа відноситься і Adobe • Photoshop), що не підтримують SDNow.
Список використаної літератури
1. Тулі М., Справочний посібник по цифровій техніці: М.: Энергоатоміздат, 1990.
2. Буреев Л.Н. Найпростіша мікро-ЕВМ: -М.; Енергоатоміздат, 1989.
3. Срібнер Л.А. Програмуючі пристрої автоматики: - К.: Техніка, 1984
4. Конспект лекцій.
Похожие работы
... команд називається суперскалярною. Завдяки використовуванню даної технології і забезпечується додаткова ефективність в порівнянні з процесором 486. Суперскалярна архітектура звичайно асоціюється з мікросхемами RISC (Reduced Instruction Set Computer — комп'ютер із спрощеною системою команд). Процесор Pentium — одна з перших мікросхем CISC (Complex Instruction Set Computer — комп'ютер з складною ...
... і (5 – самий високий ранг, 1 – самий низький ранг). Зміст анкет для самооцінки експертів залежить від мети та об’єкта експертизи. В даному випадку складені запитання для відбору експертів в галузі «Архітектура комп’ютерів». Для полегшення обчислень використовуємо допоміжну таблицю (Додаток 2). Обчислюємо коефіцієнт самооцінки: , де ; - самооцінка -ого кандидата по - ому показнику , - ...
... сних накопичувачів В даний час найпоширенішими є накопичувачі 32x. Накопичувач 4x рекомендований як необхідний мінімум для стандарту мультимедіа MPC-3 (Multimedia Personal Computer— мультимедіа для персональних комп'ютерів). Практично всі нові системи оснащуються накопичувачами 32x і 48x. Мультимедіа і сучасні ігри є сплавом музики, анімації, відео, зображень і інших даних. Тому на таких продуктах ...
... поза сумнівом, буде вище. Можна навіть самостійно зібрати фактично ідентичну систему із самого початку, але це — тема розділу 24, “Збірка і модернізація комп’ютера”. Якщо Gateway, Dell, Micron і інші компанії не проводять власної системної плати, то хто ж це робить? Ви угадали— цим займається Intel. Не тільки названі компанія -60 Розділ 2. Компоненти PC, можливості і проектування систем іноді ...
0 комментариев