Э. Таненбаум - Архитектура компьютера (1127755), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Основной набор команд остался, в сущности, таким же, как у процессоров 8086 и 8088, но память была устроена немного по-другому, хотя благодаря совместимости с предыдущими микросхемами и могла работать по-прежнему. Процессор 80286 использовался в 1ВМ РС,сАТ и в моделях РБ,г2. Он, как и 8088, пользовался большим спросом (главным образом потому, что покупатели рассматривали его как более быстрый вариант модели 8088). 56 Глава ц Введение Следующим шагом был 32-разрядный процессор 80386, выну~ценный в 1985 году.
Как и 80286, он был более или менее совместим со всеми старыми версиями. Совместимость такого рода оказывалась благом для тех, кто пользовался старым программным обеспечением, и некоторым неудобством для тех, кто предпочитал современную архитектуру, не обремененную ошибками и технологиями прошлого. Через четыре года появился процессор 80486. Он работал быстрее, чем 80386, мог выполгить операции с плавающей точкой и имел кэш-память объемом 8 Кбайт. Кэш-память позволяет держать наиболее часто используемые слова внутри центрального процессора и избегать длительных обращений к основной (оперативной) памяти.
Иногда кэш-память находится не внутри центрального процессора, а рядом с ним. Процессор 80486 содержал встроенные средства поддержки мультипроцессорного режима, что давало производителям возможность конструировать системы с несколькими процессорами. В этот момент компания 1пге!, проиграв судебную тяжбу по поводу нарушения правил именования товаров, выяснила, что номера (например, 80486) не могут быть торговой маркой, поэтому следующее поколение компьютеров получило название Репйшп (от греческого слова печте — пять). В отличие от процессора 80486, у которого был один внутренний конвейер, Репг(цш имел два, что позволяло работать ему почти в два раза быстрее (конвейеры мы рассмотрим подробно в главе 2).
Впоследствии в линейку Репг1пш были введены дополнительные команды, известные под общим названием ММХ (Мп1ВМегйа еХгепгйоп — мультимедийное расширение). Они были предназначены для ускорения вычислительных операций, связанных с обработкой звуковых и видеоданных, что позволило отказаться от специальных мультимедийных сопроцессоров. Когда появилось следующее поколение компьютеров, те, кто рассчитывал на название Бех1пш (зех по-латыни — шесть), были разочарованы. Название Репйшп стало так хорошо известно, что его решили оставить, и новую микросхему назвали Репйпш Рго. Несмотря на столь незначительное изменение названия, этот процессор очень сильно отличался от предыдущего.
У него была совершенно другая внутренняя организация, и он мог выполнять до пяти команд одновременно. Еще одно нововведение у Репйшп Рго — двухуровневая кэш-память. Процессор содержал 8 Кбайт памяти для часто используемых команд и еще 8 Кбайт для часто используемых данных. В корпусе Репг(цш Рго рядом с процессором (но не на самой микросхеме) находилась другая кэш-память объемом 256 Кбайт. Большой объем кэш-памяти в Репг1шп Рго отчасти компенсировался отсутствием ММХ-команд (первоначально 1пге! не удалось спроектировать микросхему адекватного размера, отвечавшую критерию рентабельности). Когда технологическая база позволила совместить в рамках одной микросхемы набор ММХ-команд и большой кэш, новая модель получила название Репгшш П. Через некоторое время для улучшенной передачи трехмерной графики 11711 в процессор были введены дополнительные мультимедийные команды под названием ЯЯЕ (Бггеаш1п8 51МР Ехсепгйопз — потоковые 51МО-расширения) — в результате появился процессор Реп11шп 1П (правда, согласно внутренней номенклатуре компании, это все тот же РепВшп П).
Семейства компьютеров 57 Следующая модель Репсппп получила новую внутреннюю архитектуру. Одновременно было решено перейти с римских цифр в обозначениях моделей на арабские. Так появился процессор Репгшш 4. По традиции он превзошел все предыдущие модели по быстродействию.
В версии с тактовой частотой 3,06 ГГц была реализована новая функция — гиперпоточность (!турегтйгеаг!!п8). Она позволяет программам разделять задачи на два программных потока, которые обрабатьтваются процессором параллельно; следовательно, скорость выполнения повышается. Кроме того, для дальнейшего повышения скорости обработки звуковых и видеоданных был внедрен дополнительный набор 88Е-команд. Фотография микросхемы Рептшш 4 приводится на рис. 1.8. Ее фактический размер необычно велик — 16,0 х 13,5 мм. Рис. 1.8. Микросхема Репвцгп 4 (фотография используется с разрешения корпорации айшей Помимо основной линейки процессоров, которую мы рассмотрели, 1пте! разрабатывает специальные варианты микросхем для отдельных сегментов рынка.
В начале 1998 года компания запустила новую линейку цод названием Се!егоп. По производительности процессор Се!егоп уступал Репсшш П, зато стоил дешевле. Поскольку у процессора Се1егоп такая же архитектура, как у Репсшш П, мы не будем обсуждать его в этой книге. В июне 1998 года компания !псе! выпустила специальную версию Реп1!цш П для верхнего сегмента рынка — Хеоп. Эту модификацию снабдили кэш-памятью большего объема, ускоренной внутренней шиной и усовершенствованными средствами поддержки мультипроцессорного режима, однако по всем остальным параметрам она ничем не отличалась от 58 Глава 1. Введение Репгшш П, что дает нам полное право не рассматривать ее отдельно. Для процессоров Репг1шп 1П также была разработана версия Хеоп. Итак, в ноябре 2000 года 1пге! выпускает Репгшш 4 — новую модель процессора, позволявшую выполнять те же программы, Ъ что РепВшп П1 и Хеоп, но основанную на качественно новом конструктивном решении.
В версии Репгшш 4 с тактовой частотой 3,06 ГГц была реализована технология гиперпоточности, о которой мы поговорим в главе 8. В 2003 году появилась микросхема Репйшп М (где М вЂ” сокращение от «МоЪйеь) для портативных компьютеров. Она задумывалась как составная часть новой архитектуры Сепгг1по, которая должна была, во-первых, снизить энергопотребление, увеличив тем самым ресурс аккумулятора, во-вторых, обеспечить возможность производства более компактных и легких корпусов, в-третьих, организовать при помощи встроенного интерфейса беспроводные сетевые соединения по стандарту 1ЕЕЕ 802.11 (Ж1Р1). 1псе! планирует продолжить разработку специализированных наборов микросхем — в частности, предназначенных для домашних развлекательных устройств и ноутбуков с поддержкой стандарта 1ЕЕЕ 802.16 (Ж1Мах).
Все микросхемы 1п1е! обратно совместимы со всеми своими предшественниками вплоть до модели 8086. Другими словами, программы, написанные когда-то для 8086, выполняются на Репйшп 4 без каких бы то ни было изменений. Обратная совместимость в течение длительного времени является одним из основных принципов проектирования в 1пге! — соблюдение этого принципа позволяет сократить срок окупаемости инвестиций в программное обеспечение.
Естественно, поскольку модель Репгшш 4 на три порядка сложнее, чем 8086, ее возможности несопоставимо шире. Постепенные расширения, которые проектировщикам процессоров приходилось внедрять для достижения этой цели, привели к формированию весьма громоздкой архитектуры; если бы разработчики Репгшш 4 задались целью исправить эту ситуацию, им пришлось бы переработать 42 миллиона транзисторов и команд. Интересно, что хотя закон Мура раньше ассоциировался с количеством бит в памяти компьютера, он в равной степени применим и к процессорам.
Если напротив даты выпуска каждой микросхемы поставить количество транзисторов на этой микросхеме (см. табл. 1.4), мы увидим, что закон Мура действует и здесь. График показан на рис. 1.9. Вероятно, закон Мура будет действовать еще несколько лет, однако уже сейчас очевидной становится проблема, способная поставить на нем крест, — тепло- отдача.
В настоящее время тактовая частота повышается за счет уменьшения размера транзисторов, что, в свою очередь, вызывает потребность в более высоком напряжении. Потребление энергии и теплоотдача прямо пропорциональны площади элемента, получающего питание, а значит, чем выше скорость, тем больше выделяется тепла, которое необходимо отводить. Процессор Репгшгп 4 с тактовой частотой 3,6 ГГц потребляет 115 Вт. При этом он выделяет примерно столько же тепла, сколько лампочка на 100 Вт. Чем больше повышается тактовая частота, тем заметнее становится проблема. В ноябре 2004 года компания 1пге! была вынуждена отменить выпуск модели Репгшш 4 с тактовой частотой 4 ГГц из-за проблем с теплоотводом. Большие вентиляторы способны решить проблему, но они слишком шумные, что, естест- Семейства компьютеров 59 венно, не нравится пользователям. Водяное охлаждение, применяемое на мэйнфреймах, совершенно неприемлемо для настольных машин, не говоря уже о ноутбуках.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
