Горнец Н.Н., Рощин А.Г. Организация ЭВМ и систем (2006) (1186251), страница 27
Текст из файла (страница 27)
В последних моделях этого процессора используются механизмы: выполнения команд с нарушением их последовательности в программе, что во многих случаях сокращает приостановку конвейеров на ожидание операндов; переименования регистров, что позволяет увеличить число используемых регистров сверх восьми и тем самым ускорить продвижение команд по конвейеру. Эти механизмы и возможности суперскалярной обработки реализованы во многих процессорах фирмы 1пге1. Архитектура про- 144 пессоров Репйшп )Ч оптимизирована для 32-разрядных прикладных программ; это значит, что все внутренние регистры и средства передачи информации рассчитаны на работу с 32-разрядными словами.
Для полной реализации всех возможностей таких процессоров требуется 32-разрядная ОП и 32-разрядные прикладные программы. В системах, построенных на основе процессора Репйпш 1Ч, передача данных осуществляется по 64-разрядной магистрали, имеющей дополнительно восемь разрядов для использования корректирующих кодов; передача адреса выполняется по 36- разрядной магистрали. В настоящее время процессоры Хеоп фирмы 1п1е1, предназначенные для работы в качестве высокопроизводительных серверов сетей, рассчитаны на обработку 64-разрядных данных.
Но процессоры Хеоп и Репг!шп 1Ч имеют практически одинаковые процессорные ядра, поэтому в Репйшп 1Ч также предусмотрены блоки для обработки 64-бит данных, но пока они отключены. При выполнении прежних прикладных программ, рассчитанных на 16-разрядную обработку, возникают значительные задержки. В процессоре Репбшп 1Ч высокая производительность достигается благодаря методу исполнения с изменением последовательности команд, который обеспечивает максимальную загрузку конвейеров; однако 16-разрядные команды не могут выполняться вне очереди, что превращает их в серьезную помеху, вынуждая конвейерный процессор останавливать выполнение всех других операций до завершения этой команды.
Особенно вредное влияние на производительность Репйпп 1Ч оказывают команды загрузки сегментных регистров (например, регистров, в которых хранится сегментная часть адреса) и команды ввода-вывода. Они не только задерживают выборку и обработку следующих за ними команд, но и требуют полной очистки всех ступеней конвейера. Это приводит к тому, что для достижения высокой производительности этих процессоров необходимы соответствующие 32-разрядные, а в будущем и 64-разрядные программы. Быстродействие процессора определяется не только принципиальной схемой, но также технологией и конструкцией, наличием или отсутствием кэш-памяти, ее объемом и скоростью работы.
Объем кэш-памяти 22 может составлять 512 Кбайт, 1 или 2 Мбайт. В современных процессорах имеются расширения системы команд ММХ (МиМтейа Ех1епз(опз) для реализации функций мультимедиа и ББЕ (Бггеаш(пя Б1М0 Ех1епяопз) для реализации мультипроцессорных конфигураций.
Зги команды предназначены лля многопроцессорных конфигураций, которые все чаще используются в сетях при построении серверов. Очень немногие обычные пользователи что-либо реально выигрывают от таких расширений, но, во-первых, сегодня машины используются не столько для решения сугубо производственных задач, сколько для игр, и, 145 во-вторых, современные компьютеры содержат множество иных средств, обеспечивающих более высокую производительность при работе с деловыми программами.
Увеличению скорости работы процессора способствует и уменьшение его размеров, которое сопровождается снижением напряжения питания. Так, питание процессора Хеоп осуществляется от 1,8 В, что приводит к снижению потребляемой мощности, а рабочая частота составляет свыше 2,0 ГГц. Тактовая частота процессоров Реп11цш 1У составляет свыше 3,5 ГГц, а напряжение питания— менее 1,5 В.
При переходе с технологии 0,13-мкм на 0,09-мкм можно ожидать, что будут достигнуты значения тактовой частоты порядка 4,5 ГГц. Кроме того, повышению частоты в процессорах Репйшп 1У способствует фактическое объединение двух кристаллов в одном корпусе: собственно процессора и кэш-памяти 2,2 объемом 512 Кбайт (или 1 Мбайт).
Контрольные вопросы 1. Что представляет собой процессор? Что такое система команд? Какие команды входят в ее состав? 2. Какие поля образуют команду? Для каких целей и как используется поле кода операции? 3. Сколько адресов может содержать одна команда? Для каких целей они служат? 4. Какие типы команд входят в состав системы команд? 5. Как формируется исполнительный адрес, если используется базовый метод адресации? 6. Что представляет собой микропрограммный автомат с «жесткой» логикой? Где они находят применение? 7.
Каковы достоинства и недостатки автоматов с «жесткой» логикой? 8. Перечислите достоинства и недостатки автоматов с программируемой логикой. 9. Какие существуют способы кодирования микрокоманд? Перечислите их достоинства и недостатки. 1О. Поясните принцип управления вычислениями на основе микропрограммного автомата с программируемой логикой. 11. В чем заключаются причины появления архитектуры процессора с сокращенным набором команд? 12. Какие особенности отличают К1БС-компьютер от его «старшего собрата» С1БС-компьютера? 13.
Приведите структурную схему й1БС-компьютера. Как в нем происходит обработка информации, находящейся в ОП? 14. Какие особенности характерны для СГБС-компьютеров? Приведите пример компьютера с архитектурой С1БС. 15. Каково назначение конвейера команд? Сколько ступеней используется в современных конвейерных процессорах персональных компьютеров? 146 16, Что такое многопотоковая суперскалярная обработка? Приведите пример схемы процессора, реализующего такую обработку. 17, Каким образом можно уменьшить время, требуемое для реализации условных переходов? Каково назначение специального буфера для организации переходов? 18. Как выполнить команды с нарушением последовательности? Какие проблемы они порождают? 19. Что достигается с помощью переименования регистров и как оно осуществляется? 20. Приведите структурную схему С18С-компьютера (например, 1ВМ РС).
Каково назначение его узлов? 21. Что дает конвейерная организация обработки информации, к каким трудностям она приводит? 22. На какие этапы можно разбить выполнение команды? Как организовать конвейерную обработку? 23. Как и в каких случаях производится перезагрузка конвейера? К чему она приводит? 24. Каковы особенности новыхмикропроцессоров Репйшп 1У и АМР? Каким быстродействием они обладают? 25.
Что такое истинная и ложная взаимозависимости? Какие существуют средства борьбы с ложной взаимозависимостью? 26. Что такое ММХ и $8Е? 27. Какими особенностями, характерными для К1БС-компьютеров, обладает процессор Репгппп 1Ч? ! ЛАВА 6' ОРГАНИЗАЦИЯ ПАМЯТИ 6.1. Общие сведения Высокой производительности компьютера невозможно добиться без наличия быстродействующей памяти достаточно большого объема.
В памяти должны храниться программы обработки данных и сами данные. Для достижения высокой скорости обработки необходимо, чтобы память содержала большие объемы перерабатываемой информации,и чтобы к этой информации обеспечивался быстрый доступ. Память принято характеризовать емкостью, быстродействием и стоимостью хранения информации. Помимо этого важно знать метод доступа и величину пересылаемого кванта информации. Емкость памяти — это количество информации (бит или байт), которое может храниться в ней. Современный компьютер обладает огромной емкостью памяти, поэтому ее измеряют в более крупных единицах — кило-, мега-, гига- или терабайтах.
(Если приставка пишется с большой буквы, то она соответствует целой степени числа 2.) Быстродействие памяти определяется временем доступа и длительностью цикла. Важной характеристикой служит также скорость передачи. Время доступа — это интервал между поступлением запроса на чтение или запись и моментом выдачи запрашиваемых данных, а длительность цикла — минимально возможное время между двумя последовательными обращениями к памяти.
Известны четыре метода доступа: последовательный, прямой, произвольный и ассоциативный. Характерным примером устройства с последовательным методом записи может служить запоминающее устройство (ЗУ) на магнитной ленте. Чтобы прочитать требуемую информацию в устройстве с последовательным доступом, нужно прочитать все предшествующие записи. Время доступа зависит от места расположения записи на носителе. Прямой доступ характерен для НМД. Для поиска нужной информации вначале магнитная головка перемещается к началу записи, а затем производится последовательное чтение данных из этой записи. При произвольном доступе каждое слово хранится в отдельной ячейке с уникальным адресом. Время обращения к любой ячейке 148 постоянно. Примером ЗУ с произвольным доступом служит основная память.
В ЗУ с ассоциативным доступом поиск нужной информации осуществляется пугем сравнения отдельных битов каждого хранящегося в памяти слова с образцом. По ассоциативному принципу построена кэш-память. Современные интегральные схемы самой быстрой статической памяти имеют цикл порядка 5 ... 12 нс (а их емкость составляет 24 байт). Это в 10 раз больше задержек на переключение вентилей в логических схемах. Кроме того, статическая память очень дорогая, а цикл более дешевой динамической памяти составляет около 50 нс, что уже в 100 раз больше времени переключения вентилей процессора.
И статическая, и динамическая полупроводниковые памяти могут хранить информацию только при наличии питания, поэтому при выключении компьютера информация в них теряется. Все зто привело к тому, что память имеет иерархическую структуру, в которой часто используемая процессором информация переносится на более высокий уровень иерархии. При многоуровневой организации памяти современного компьютера (рис. 6.1) память включает в себя следующие уровни: сверхоперативный (регистры, кэш-память), оперативный (ОП, состоящая из оперативной и постоянной), внешний (образуемый НМД) и архивный. Емкость памяти на каждом более удаленном от процессора уровне увеличивается, а быстродействие снижается.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
