Бройдо В.Л., Ильина О.П. Архитектура ЭВМ и систем (2006) (1186249), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Современные микропроцессоры имеют два режима работы. О реальный (однозадачный, Кеа! Айцгезз Моде), в котором возможно выполнение только одной программы и непосредственно адресоваться могут только 1024 + 64 Кбайт основной памяти компьютера, а остальная память (расширенная) доступна лишь при подключении специальных драйверов, поддерживается операционной системой 1)05; О защищенный (многозадачный, Ргогесгес! Юг!па! АсЫгеэз Моде), обеспечивающий выполнение сразу нескольких программ, непосредственную адресацию и прямой доступ (без дополнительных драйверов) к расширенной основной памяти.
Предоставляется непосредственный доступ к памяти емкостью 16 Мбайт для МП 286; 4 Гбайт для процессоров 386, 486, Се!егоп; 100 Гбайт для МП Репйшп Хеоп и 64 Гбайт для остальных процессоров Репг!пш, а при страничной организации памяти — к 16 Тбайт виртуальной памяти каждой задаче. В этом режиме осуществляется автоматическое распределение памяти между выполняемыми программами и соответствующая ее защита от обращений со стороны чужих программ.
Защищенный режим поддерживается операционными системами Ъ'!пбочз, ОБ/2, 1)п!х и т. д; 1ЗЗ Микропроцессоры типа СШС !3 в МП 80386 и выше встроена поддержка системы виртуальных машин. Система пцртуальных машин является дальнейшим развитием режима многозадачной работы, при котором каждая задача может выполняться под управлением своей операционной системы, то есть практически в одном МП моделируется как бы несколько компьютеров, работающих параллельно и имеющих разные операционные системы; О у МП 80486 и выше имеется поддержка кэш-памяти двух уровней (Е1 и Е2); О у МП 80486 и выше имеются К15С-элементы, позволяющие выполнять короткие операции за один такт. Микропроцессоры Реп11ит Микропроцессоры 80586 (Р5) более известны по их товарной марке Репг!цш, которая запатентована фирмой!п1е! (МП 80586 других фирм имеют иные обозначения: К5 у фирмы АМ!), М1 у фирмы Суг!х и т.
д.). Зги микропроцессоры 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 К!8С МП, выполняющим каждую команду как бы за один такт. Процессоры РепГшш имеют 32-разрядную адресную шину и 64-разрядную шину данных. Обмен данными с системой может выполняться со скоростью 1 Гбайт/с. У всех МП Репг1цш 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 последней на внутренней частоте МП); имеются специализированные конвейерные аппаратные блоки сложения, умножения и деления, существенно ускоряющие выполнение операций с плавающей запятой.
Удачные архитектурные решения МП Репйпш обусловили то, что производительности микропроцессоров 486!)Х4-120 и Репс!шп-60 приблизительно одинаковы (то есть за счет архитектуры производительность увеличилась в два раза). Микропроцессоры Репбит Рго В сентябре 1995 года были выпущены МП шестого поколения 80686 (Рб), торговая марка Репг!цш Рго.
Микропроцессор состоит из двух кристаллов: собственно МП и кэш-памятн. Но он не полностью совместим с просто Репг!цш и, в частности, требует специальную системную плату. Репг!шп Рго прекрасно работает с 32-битовыми приложениями, а в 16-битовых иногда даже несколько проигрывает просто Репг1цт. Новые схемотехнические решения обеспечивают для ПК более высокую производительность. Часть этих новшеств может быть объединена понятием «динамическое исполнение» (пупаш1с ехеспг1оп), что, в первую очередь, означает наличие многоступенчатой суперконвейерной структуры (зцрегр!ре!!пшй), предсказания ветвлений программы при условных передачах управ- 134 Глава 8.микропроцессоры ления (шц111Р1е ЪгапсЪ ргейсс(оп) и исполнение команд по предполагаемому пути ветвления (зресц!айче ехесцг1оп). 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 довольно большого числа тактов. В процессоре Репс(цш Рго вероятность правильного предсказания 90;4 против 80;4 у МП Репйшп. Кэш-память емкостью 256-512 Кбайт — обязательный атрибут высокопроизводительных систем на базе процессоров Репйшп. Однако у них встроенная кэшпамять имеет небольшую емкость (16 Кбайт), а основная ее часть находится вне процессора на материнской плате.
Поэтому обмен данными 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 Реп11цш Рго есть и кэш-память 1-го уровня (по 8 Кбайт для команд и данных), и кристалл кэш-памяти 2-го уровня емкостью 256 нли 512 Кбайт, расположенный тоже на плате самого микропроцессора и работающий на внутренней частоте МП. Микропроцессоры Репбц1п ММХ и Репбцм П В 1997 году появились модернизированные для работы в мультимедийной технологии микропроцессоры Репйшп н Репйшп Рго, получившие торговые марки, соответственно, Репс(цш ММХ (ММХ вЂ” Мц1с1Мек(1а еХСепйоп) и Репс(цш и.
МП Реп1шш ММХ содержит дополнительные 57 команд, ориентированные на обработку аудио- и видеоинформации, увеличенную вдвое (до 32 Кбайт) кэшпамять, дополнительные восемь 64-бнтовых регистров, новый блок предсказания ветвлений, заимствованный у МП Репйцш Рго, и т. д. Вследствие этого у него на 1 миллион транзисторных элементов больше, чем у МП Репгшш. Для эффективного использования этих микропроцессоров во все старые программы (в том числе и в операционные системы кк'1пдоюз 95, Ю1пдокгз ХТ) необходимо включить согласующие программные фрагменты; правда н без ннх МП Репс(цш ММХ несколько производительнее просто МП Репсшш.
При выполнении обычных приложений Репйшп ММХ на 10-15 Ж быстрее Репг(цш, а прн работе мультимедийных приложений с использованием новых 57 команд он уже эффективнее на 30 Ж (для сравнения: МП Репсшш Рго опережает МП Репсшш при выполнении обычных приложений примерно на 20 Ж). Программы, написанные с учетом специфики Репйцш ММХ, не будут работать на ПК с обычным МП Репс(цш. Для МП Репешп ММХ требуется системная плата с разъемом Боскес 7, с новым В105, поддерживающим ММХ, и с двумя напряжениями питания (3,5 и 2,8 В).
Микропроцессоры типа С!ЯС 135 МП Репг!пш П имеет иную конструкцию, нежели чем все остальные МП, в частности, он выполнен в виде небольшой платы-картриджа (корпус БЕСС), на которой размещены сам процессор (содержащий 7,5 млн транзисторов против 5,5 млн в МП Репгппп Рго) и четыре микросхемы кэш-памяти 2-го уровня, общим объемом 512 Кбайт. Кэш-память 1-го уровня, находящаяся в микросхеме самого процессора, имеет емкость 32 Кбайта, против 16 Кбайт, имевшихся в МП РепВшп Рго, ио кэш-память 2-го уровня работает не на внутренней частоте МП, а иа вдвое меньшей частоте.
Важным отличием Репг!цш П является архитектура двойной независимой шины (первые варианты введения такой шины были уже у МП Репг!цш Рго). Процессор обменивается данными с кэшем 1.2 по специализированной высокоскоростной шине (ииогда называемой Ьас!гзЫе — задней), отделенной от системной шины ((гопгзЫе — передней). Системная шина работает на частоте материнской платы, и это существенно снижает эффективное быстродействие компьютера. Наличие же Ьас!гэ!де-шины ускоряет обмен с кэш-памятью. МП Репйцш П поддерживает двухпроцессорную конфигурацию ПК.
В МП Репгппп Рго и Репг!цш П появилась качественно новая перспектива: начали внедряться так называемые 51МП-инструкции (Вйпй!е 1пэсгцсс!оп Ми!Ор!у РаСа— сравните со структурами многопроцессорных систем), в которых одно и то же действие совершается иад многими данными (эта технология получит развитие в следующих моделях МП). МП производится иа основе технологии 0,35 мкм и использует напряжение питания 2,8 В. Для него, естественно, требуется иная системная плата, чем для всех других Репйшп. Микропроцессоры Репсшш П имеют много модификаций: К!ашаГЬ, 1)езсЬцгеэ, Кагша1, Тапйа; МП средней группы Се!егоп — Соч!пйгоп, Мелос!по, Ихоп. Для более дешевых компьютеров был предложен облегченный вариант процессора, названный Се!егоп, Первые процессоры Се!егоп имели частоты 266 и 300 МГц.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
