Максимов Н.В., Партыка Т.Л., Попов И.И. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем (2005) (1186253), страница 23
Текст из файла (страница 23)
2 12 Технология Hyper Threading (HT)Специалисты Intel оценивают повышение эффективности в30 % при использовании на НТ-процессорах многопрограммных ОСи обычных прикладных программПроцессор PentiumЧто же представляют собой современные процессоры, в которых реализованы все эти «штучки», воочию9 Рассмотрим рис 2 13Процессор Pentium состоит из следующих блоковЯдро (Core) Основное исполнительное устройствоПроизводительность МП при тактовой частоте 66 МГц составляет около 112 млн инструкций в секунду (Mips) Пятикратное повышение (по сравнению с 80486 DX) достигалось благодаря двумконвейерам, позволяющим выполнить одновременно несколько инструкций Это два параллельных 5-ступенчатых конвейера обработки целых чисел, которые позволяют читать, интерпретировать, исполнять две команды одновременноЦелочисленные команды могут выполняться за один такт синхронизации Эти конвейеры неодинаковы U-конвейер выполняетлюбую команду системы команд семейства 86, V-конвейер выпол-2.3.
Технологии повышения производительности процессоров123Блок выборки и декодирования команд,Кэш командЯдроПредсказатель переходов(ветвлении),Арифметике логическоеj^i" <^_устройство_JРегистрыИсполнительноеустройство-Л»'*''"**" *""*Шина 64 битКэшПервичнаяИнтерфейскэш-память Данныхшины (1-и уровень —L1)tБлок операцийШины с плавающейпоточкой32 битвРис2 13. Микропроцессоры AMD (a), Intel Pentium MMX (б), основные компоненты процессора Pentium (в)няет только «простые» команды, т е команды, которые полностьювстроены в схемы МП и не требуют микропрограммного управления (microcode) при выполнении (это команды, допускающие спаривание с другими командами регистр—регистр, память—регистр,регистр—память, переходы, вызовы, арифметико-логические операции)Предсказатель переходов (Branch Predictor) Пытается угадать направление ветвления программы и заранее загрузить информацию вблоки предвыборки и декодирования командБуфер адреса переходов (Branch Target Buffer, BTB) Обеспечиваетдинамическое предсказание переходов Он улучшает выполнение124Глава 2.
Архитектура и структура ВМ и системкоманд путем запоминания состоявшихся переходов (256 последнихпереходов) и с опережением выполняет наиболее вероятный переход при выборке команды ветвления. Если предсказание верно, тоэффективность увеличивается. Если нет, то конвейер приходитсясбрасывать полностью. Согласно данным Intel, вероятность правильного предсказания переходов в процессорах Pentium, PentiumММХ составляет 75—80 %, а для Pentuim Pro, Pentium II — 90 %.Статические методы предсказания упрощены — они предписывают всегда выполнять или нет определенные виды переходов. Придинамических методах исследуется поведение команд перехода запредшествующий период.Блок плавающей точки (Floating Point Unit). Выполняет обработкучисел с плавающей точкой.Кэш-память 1-го уровня (Level I cache, L1). Процессор имеет двабанка памяти по 8 Кбайт: 1-й — для команд, 2-й — для данных, которые обладают большим быстродействием, чем более емкая внешняя кэш-память (L2 cache).Интерфейс шины (Bus Interface).
Передает в ЦП поток команд иданных, а также передает данные из ЦП.2.4. Организация оперативной памятиЗапоминающие устройства (ЗУ), именуемые также устройствами памяти, предназначены для хранения данных. Они, в свою очередь, включают процессоры, схемы логики, матрицы памяти, схемыконтроля данных, дешифраторы, буферы, регистры, электрическиеи механические компоненты.Основными характеристиками ЗУ являются:• емкость памяти, измеряемая в битах либо байтах',• методы доступа к данным;• быстродействие (время обращения к устройству);• надежность работы, характеризуемая зависимостью от окружающей среды и колебаний напряжения питания;• стоимость единицы памяти.ЗУ делятся на электронные и электронно-механические. Первые базируются на интегральных схемах, характеризуются высокойстоимостью, обладают большим быстродействием, надежностью вработе.
Электронно-механические устройства используют механические средства, но более экономичны и имеют большую емкость памяти. В этой связи в каждой системе создается и используется иерархия ЗУ. Последние делятся как минимум на два класса: опера-2.4. Организация оперативной памяти125тивные запоминающие устройства (ОЗУ) и внешние запоминающиеустройства (ВЗУ).Внешние запоминающие устройства подробно рассмотрены далее.
Здесь же речь пойдет об устройствах оперативной памяти.В адресном. ОЗУ каждый элемент памяти имеет адрес, соответствующий его пространственному расположению в запоминающейсреде. Поэтому, обращение к определенному элементу производится в соответствии с кодом его адреса.
В ЗУ после приема кода осуществляется его дешифрация, после чего следует выборка из элемента конкретной группы битов или слов.В ассоциативном ОЗУ поиск данных происходит по конкретному содержимому, независимо от его адреса. Такой поиск информации идет с использованием определенных признаков, например,ключевых слов, которые связаны с искомыми данными. Ассоциативные устройства, хотя и являются более сложными, обеспечиваютболее быстрый поиск и выбор хранимых данных.Необходимо отметить, что все распространенные операционныесистемы, если для работы нужно больше памяти, чем физическиприсутствует в компьютере, не прекращают работу, а сбрасывают неиспользуемое в данный момент содержимое памяти в дисковыйфайл (называемый свопом — swap) и затем по мере необходимости«перегоняют» данные между ОЗУ и свопом.
Это гораздо медленнее,чем доступ системы к самой ОЗУ. Поэтому от количества оперативной памяти напрямую зависит быстродействие системы в целом.Основные принципыРассмотрим адресные ЗУ. Команды, исполняемые ЭВМ при выполнении программы, равно как и числовые и символьные операнды, хранятся в памяти компьютера. Память состоит из многих миллионов ячеек, в каждой из которых содержится один бит информации (значения 0 или 1). Биты редко обрабатываются поодиночке, акак правило, группами фиксированного размера.
Для этого памятьорганизуется таким образом, что группы по п бит могут записываться и считываться за одну операцию. Группа п бит называется словом, а значение п — длиной слова. Схематически память компьютера можно представить в виде массива слов (рис. 2.14).Обычно длина машинного слова компьютеров составляет от 16до 64 бит. Если длина слова равна 32 битам, в одном слове можетхраниться 32-разрядное число в дополнительном коде или четыресимвола ASCII, занимающих 8 бит каждый.126Глава 2.
Архитектура и структура ВМ и системиз,*1*30Ь0- Знаковый разряд: />31 = 0 для положительных чиселАЗ] = 1 для отрицательных чисела8 разрядовСимвоггASCII8 разрядов 8 разрядовСимволASCIIСимволASCII8 разрядовСимволASCIIРис. 2.14. Размещение числовой (а) и символьной (б)информации в словеВосемь идущих подряд битов являются байтом. Для представления машинной команды требуется одно или более слов.Для доступа к памяти с целью записи или чтения отдельныхэлементов информации, будь то слова или байты, необходимы имена или адреса, определяющие их расположение в памяти.
В качествеадресов традиционно используются числа из диапазона от 0 до 2* - 1со значением k, достаточным для адресации всей памяти компьютера. Все 2* адресов составляют адресное пространство компьютера.Следовательно, память состоит из 2* адресуемых элементов. Например, использование 24-разрядных (как в процессоре 80286) адресовпозволяет адресовать 224 (16 777 216) элементов памяти. Обычно этоколичество адресуемых элементов обозначается как 16 Мбайт(1 Мбайт = 220 = 1 048 576 байт, адресное пространство 8086 и 80186).Поскольку у процессоров 80386, 80486, Pentium и их аналогов32-разрядные адреса, им соответствует адресное пространство из232 байт, или 4 Гбайт элементов.Байтовая адресация.
Итак, отдельные биты, как правило, не адресуются и чаще всего адреса назначаются байтам памяти. Именнотак адресуется память большинства современных компьютеров. Память, в которой каждый байт имеет отдельный адрес, называетсяпамятью с байтовой адресацией. Последовательные байты имеютадреса О, 1, 2 и т. д. Таким образом, при использовании слов длиной32 бита последовательные слова имеют адреса 1, 4, 8,..., и каждоеслово состоит из 4 байт.Прямой и обратный порядок байтов. Существует два способа адресации байтов в словах:• в прямом порядке (рис. 2.15, а);• в обратном порядке (рис. 2.15, б).1272.4. Организация оперативной памятиАдрес байтаслова001233210445677654•2^-4 2*- 4 2*-3 2^-2 2*-1•2 - 4 2*-1 2*- 2 2*-3 2*- 4Рис.
2.15. Способы адресации байтов в ОЗУОбратным порядком байтов (big-endian) называется система адресации, при которой байты адресуются слева направо, так что самый старший байт слова (расположенный с левого края) имеет наименьший адрес.Прямым порядком байтов (little-endian) называется противоположная система адресации, при которой байты адресуются справаналево, так что наименьший адрес имеет самый младший байт слова (расположенный с правого края). Слова «старший» и «младший»определяют вес бита, т.
е. степень двойки, соответствующей данному биту, когда слово представляет число. В ПЭВМ на основе 80x86используется прямой порядок, а в ПЭВМ на основе Motorola 68000 — обратный. В обеих системах адреса байтов 0, 4, 8 и т. д.применяются в качестве адресов последовательных слов памяти воперациях чтения и записи слов.Наряду с порядком байтов в слове важно также определить порядок битов в байте.
Наиболее естественный порядок битов для кодирования числовых данных (непосредственно соответствующий ихразрядам) «слева направо»: Ь32, ..., Ы, Ь0. Однако существуют компьютеры, для которых характерен обратный порядок битов.Расположение слов в памяти. В случае 32-разрядных слов их естественные границы располагаются по адресам 0, 4, 8 и т. д. Приэтом считается, что слова выровнены по адресам в памяти.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
