Бройдо В.Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации (2002) (1186248), страница 23
Текст из файла (страница 23)
В этом режиме обеспечивается автоматическое распределение памяти между выполняемыми программами и соответствующая ее зашита от обращений со стороны чужих программ. Защшценпый режим поддерживается операционными системамп %!пг)01чз, ())ч)Х и т. дл а у МП 80386 и выше имеется поддержка системы виртуальных машин.
Сисгле на виртупльнгхт машин является дальнейшим развнтиел! режима многозадачной работы, при котором каждая задача может выполняться под управлешгем своей операционной системы, то есть практически в одном МП моделируется как бы несколько компьютеров, работающих параллельно и имеющих разные операционные системы; с) у МП 80486 и выше имеется поддержка кэш-памяти двух уровней ().1 и ).2); (3 у МП 80486 и выше имеются Гх)ЗС-эг!ементы, позволяющие выполнять короткие операции за один такт. Таблица 5.1.
Характеристики некоторых С)БС МП Модель МП !п!е! Тактовая Адресное Состав частоте,МГц пространство, команд байт Разрядность денных/ адреса, бит 4 10' 64 10г 10' 4004 0,108 8080 2,0 8086 4,77 и 8 4,77 и 8 В и 10 8-20 ВОВВ 10' 10' 16 10' 4. 10г 4. 10г 4 10' 80186 80286 ВОЗВВ 16-50 Базовый (Баз) Базовый 80486 25-100 75-200 80586 Реп1агп Рвп1агп Рго Реп(!опг ММХ Базовый Базовый 150-200 166-233 233-600 300-800 4 10' 64 1О' 64 1Ог 4 1О' Баз+ 57(ММХ) ММХ ь (ММХ2) ММХ2 Реп1агп !! Кв1гпв! Реп!апг Св!вгопА Мвппос!по Рвп(агп Ш Соррвпп!пв Реп1агп Хвоп Рвп1агп 4 500-1000 500-1000 1000-1500 64/36 64/36 64/36 64 10' 64 !Ог 64 10г ММХ+ 70 ММХ2 ММХ2 ь144 4/4 8/В 16/16 В, 16/16 16/20 16/24 32/32 32/32 64/32 64/32 64/36 64/36 64/32 Глава 5.
Микропроцессоры и системные платы 1О7 Микропроцессоры Микропроцессоры Реп1шпу Микропроцессоры 80586 (Р5) более известны по их товарной марке Реп11пш, которая запатентована фирмой 1пге1 (М П 80586 других фирм имеют иные обозначения: К5 у фирмы АМО, М1 у фирмы Супх и т, д.). Эти микропроцсссоры имеют пятиступенную конвейерную структуру, обеспечивающую многократное совмещение тактов выполнения последовательных команд (возможно независимое выполнение сразу двух простых команд), и кэш-буфер для команд условной передачи управления, позволяющий предсказывать направление ветвления программ; по эффективному быстродействию они приближаются к ИЯС МП, выполняющим каждую команду как бы за один такт.
Репг1цш имеют 32-разрядную адресную шину и 64-разрядную шину данных. Обмен данными с системой может выполняться со скоростью 1 Гбайтггс. У всех МП Репошп имеется встроенная кэш-память, отдельно для команд, отдельно для данных по 8-16 Кбайт, и встроенный контроллер кэш-памяти 2-го уровня (что обеспечивает работу последнеи на внутренней частоте М П); имегатся специализированные конвейерные аппаратные блоки сложения, умножения и деления, существенно ускоряющие выполнение операций с плавающей запятой.
Удачные архитектурные решения М П Реп!шш обусловили то, что производительности микропроцессоров 486РХ4-120 и Реп!кит-60 приблизительно одинаковы (то есть за счет архитектуры производительность увеличилась в два раза). Число элементов; технология Квш 1.1 Ь2 Ц„; конструктив Год выпуска 5 В; Босве15 5 В; Зосхе18 2,6 В; Зосае17 2,0 В; 61о11 2,0 В; 61о11,8осве1370 8+8 8+8 16+ 16 16 + 16 512Е/2 16+ 16 128Е 28 10'0,18 гпхпг 30 10г 0,18 гпхгп 42 10' 0,13 гпагп 1,Б5 В; 51о11, Зосве1370 1999 1,65 В; 61о12 1999 1,1-1,85 В; Яосхе1423, 478 2000 16+ 16 256Е 16 + 16 25Б-2048Е 8+8 256Е 2300 10 пжю 10000 6 гпагп 70000 3 пжгп 70000 3 гпагп 140000 180000 1,5 гпхгп 275000 1гпгггп 1,2 10г 1 гп1ггп 3,3 10'1 0,5; 0,35 гпхгп 5,5 10'0,5; 0,35гпхгп 5 .
10г 0,35 пгхгп 7,5. 10'0,25 гпагп 19 10г0,25; 0,22гпхгп 1971 1974 1979 1978 1981 1982 1985 1989 1993 1995 1997 1997 1998 108 Глава 5. Микропроцессоры и системные платы Микропроцессоры Репбогп Рго В сентябре 1995 года прошли презентацию и выпущены МП шестого поколения 80686 (Рб), торговая марка Репйнш Рго. Микропроцессор состоит из двух кристаллов: собственно МП и кэш-память. Но он не полностью совместим с просто Рептшш и, в частности, требует специальную системную плату. Реппшп Рго прекрасно работает в 32-битных приложениях, а в 16-битных иногда даже несколько проигрывает просто Репгшш. Благодаря новым схемотехническим решениям они обеспечивают для ПК более высокую производительность.
Часть этих новшеств может быть объединена понятием «динамическое исполнение» (йпаш(с ехесшюп), что, в первую очередь, означает наличие многоступенчатой суперконвейерной структуры (знрегр1ре11п(пй), предсказания ветвлений программы при условных передачах управления (Ьгапсй ргейспоп) и исполнение команд по предполагаемому пути ветвления (ереси!айте ехесцпоп). В программах решения многих задач, особенно экономических, содержится большое число условных передач управления.
Если процессор может заранее предсказывать направление перехода (ветвления), то производительность его работы значительно повысится за счет оптимизации загрузки вычислительных конвейеров. Тем не менее следует сказать, что если путь ветвления предсказан неверно, процессор должен сбросить полученные результаты, очистить конвейеры и загрузить нужные команды заново, что требует достаточно большого числа тактов. В процессоре Реп!)цш Рго вероятность правильного предсказания 90 У«против 80 Ж у МП Репгшш.
Кэш-память емкостью 256-512 Кбайт — обязательный атрибут высокопроизводительных систем на процессорах Репг1нш. Однако у ннх встроенная кэш-память имеет небольшую емкость (16 Кбайт), а основная ее часть находится вне процессора на материнской плате. Поэтому обмен даппыми с ней происходит не на внутренней частоте МП, а на частоте тактового генератора, которая обычно в 2 — 5 раз ниже, что снижает общее быстродействие компьютера. В МП Репйшп Рго есть и кэш память 1-го уровня (по 8 Кбайт для команд и данных) и кристалл кэш-памяти 2-го уровня емкостью 256 или 512 Кбайт, находящийся тоже на плате самого микропроцессора и работающий на внутренней частоте МП.
Микропроцессоры РепМогп ММХ и Реп11пгп П В январе и июне 1997 года прошли презентацию модернизированные для работы в мультимедийной технологии микропроцессоры Репо па и Репйшп Рго, получившие торговые марки соответственно Репппш ММХ (ММХ вЂ” Мц!т! Мейа еХтеппоп) и Репе! пш П. МП Репгшш ММХ содержит дополнительные 57 команд, ориентированные на обработку аудио- и видеоинформации, увеличенную вдвое (до 32 Кбайт) кэш-память, дополнительные восемь 64-битных регистров, новый блок предсказания ветвлений, заимствованный у МП Репс(цш Рго и т.
д. Вследствие этого у пего на! млн транзисторных элементов болъше, чем у МП Рептшш. Для эффективного использования этих микропроцессоров во все старые программы (в том числе и в операционные системы Ю)пг)о»чз 95, Ю1пс1овз ЯТ) необходимо включить согласующие программные фрагменты; правда и без них МП Реп- Микропроцессоры 109 Пшп ММХ несколько производительнее просто МП Репг!цщ. При выполнении обычных приложений МП Реп!!цщ ММХ иа 10-15 % быстрее М П Реп!!па, а при выпоянЬнии мультимедийных приложений с использованием новых 57 команд ои уже быстрее иа 30 Ж (для сравнения; МП Репг!цщ Рго быстрее МП Рспг!цщ при выполнении обычных приложений примерно па 20%).
Программы, написанные с учетом специфики Репгшт ММХ, не будут работать на ПК с обычным МП Репбцпь Для МП Репг!цщ ММХ требуется системная плата с разъемом Бес!гег 7, с новым В108, поддерживающим ММХ, и с двумя напряжениями питания (3,5 и 2,8 В). МП Репг!цщ П имеет иную конструкцию, иежели все остальные МП, в частности он выполнен в виде небольшой платы-картриджа (корпус БЕСС), на которой размешены сам процессор (содержащий 7,5 мли транзисторов, против 5,5 млн в МП РепВищ Рго) и четыре микросхемы кэш-памяти 2-го уровня, общим объемом 5! 2 Кбайт. Кзш-память 1-го уровня, находящаяся н микросхеме самого процессора, имеет емкость 32 Кбайта против 16 Кбайт, имевшихся в МП Репгшщ Рго, но кзш-память 2-го уровня работает не на внутренней частоте МП, а иа вдвое меньшей частоте, Важным отличием Реп!!пт П является архитектура двойиой независимой шины (первые варианты введения такой шины были уже у МП Реп!шип Рго).
Процессор обменивается данными с кэшем 1.2 по специализированной высокоскоростной шине (иногда называемой «Ьаскз!ое» вЂ” задней), отделенной от системной шины (ч(гопгзи)еь — передней). Системная шина работает на частоте материнской платы, и это существенно снижает эффективное быстродействие машины. Наличие же Ьаскз!г(е-шины ускоряет обмен с кэш-памятью. МП Репйшп П поддерживает двухпроцессорную конфигурацию ПК. В МП Реп!!пщ Рго и Реп!!цщ П появилась качественно новая перспектива: начали внедряться так называемые БГМГ) (Б!п8!е 1пзггисг!оп Мп!бр1у Г)ага — сравните со структурами многопроцессорных систем) инструкции, в которых одно и то же действие совершается над многими данными (зта технология получит развитие в следующих моделях МП).
МГ1 производится на основе 0,35-мкм технологии и использует иапряжение питания 2,8 В. Для него, естественно, требуется иная системная плата, нежели для всех других Репг!цщ. Микропроцессоры Репгшщ П имеют много модификаций: К!ащагЬ, Г)ссЬпгез, Кагща(, Тапйа; МП средней группы Сс1егоп— Соч!пйгоп, Мепйоз!по, Г)!хоп. Для более дешевых компьютеров предложили облегченный вариант процессора, названный Се1егоп. Первые процессоры Се!егоп имели частоты 266 и 300 МГц. Вторичный ьэш исключили, что заметно отразилось на производительности ПК (системные платы с разъемом Б!ог ! вторичного каша ис имеют), и машина оказалась малоэффективной. Выпустили процессоры Се!егопА, которые имеют небольшой (128 Кбайт) вторичный кэш, установленный на плате МП и работающий уже иа полной частоте МП.
Эти процессоры, известные также под названием Мепоос!по, стали очень популярными. Кроме широко известных особенностей вторичного каша (либо его цет, либо 128 Кбайт), процессор Сс!егоп имеет следующие отличия от Реп!!цгп П: 11О Глава 5. Микропроцессоры и системные платы гз разрядность шины адреса сокращена с 36 до 32 бит (адресуемая память— 4 Гбайт); сз несколько ослаблены процедуры контроля достоверности преобразования информации; с! Сс!егоп предназначен только для однопроцессорных конфигураций. Процессоры Се!сгопА являются самыми популярными из недорогих компьютеров и в настоящее время. Большинство МП Репг1шп П, в том числе и Се1сгопА, поддерживают частоту шины системной платы 100, 133 и более мегагерц (предыдущие модели — только 66 МГц). Микропроцессоры Репбогп 1И Новинка 1999 года — процессоры Реп!!шп 111 (Соррепшпе) — являются дальнейшим развитием.Рспгшш П.
Их главным отличием является основанное на новом блоке 128-разрядных регистров расширение набора 51МРтпнструкцнй, ориентированных на форматы данных с плавающеи запятой — 55Е (Бггеащ(пй 51МР Ехгепз(опз). По возможностям мультипроцессорных конфигураций зги процессоры аналогичны своим предшествешгикам РепЕшп1 П. Кэш 2-го уровня у МП Репгшш П1 имеет размер 256 Кбайт, работает на полной частоте МП и обслуживается быстродействующей ЬасйсЫе шиной, что во много раз ускоряет как работу с кошем, так и производительность ПК в целом. МП предназначены для работы с материнскими платами, имеющими чипсеты (набор микросхем, связывающих процессор с остальной системой) !пгей 440ВХ, 4402Х, 440ОХ, 810,,815, 820, 840 и более новые; поддерживают частоту шины материнской платы 100, 133, 150 МГц и выше.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
