Попов И.И., Матвеев А.А., Максимов Н.В. Архитектура электронно-вычислительных машин и систем (2004) (1186255), страница 87
Текст из файла (страница 87)
Например, при вводе данных с клавиатуры442частоту можно снизить в 2, 4 или 8 раз. При выполнении программывозобновляется обычная работа ПК.80386 SLC представляет собой маломощный МП с внутреннейкэш-памятью на 8 Кбайт, работающий на базе системы команд 80486 SX(см. далее) с оптимизацией наиболее часто встречающихся всовременных сложных приложениях команд, которые выполняются заменьшее число тактов синхронизации по сравнению с обычными 80386.Intel 80486 (1989 г.)Здесь в результате повышения степени интеграции в 1,2 млн.транзисторов открылась возможность реализовать на одном кристаллене только кэш-память, но и математический сопроцессор.
Для кэшпамяти использовался более эффективный четырехвходовой статический буфер, который будучи размещенным в чипе, мог работать натактовой частоте МП (намного быстрее, чем ОП). Здесь применялся"групповой режим" — самый скоростной режим доступа к шине, обеспечивающий быстрое заполнение кэш-памяти МП.
Интегрированное вчип МП 8 Кбайт кэш-памяти, управляемой через контроллер, называетсявнутренней (Internal Cache), т.е. Level 1 (L1). Имеется также внешняякэш-память (External Cache), т.е. Level 2 (L2). 80% команд могут выполняться за один такт (применяется конвейерная обработка). Этот прибор также, как и предыдущие МП, функционировал в трех режимах ибыл ориентирован на многозадачные среды. Производительность взадачах вычислительного характера возросла в 3-4 раза (за счет интеграции МП и сопроцессора),В зависимости от режима 80486 работает с различной частотой.Intel 80486 DX (оригинальный МП по аналогии назывался 80486DX), основным отличием которого было отсутствие внутреннегоматематического сопроцессора ("содранный" МП 80486 DX, рабочиечастоты - 25 и 33 МГц).Intel 80486 SL предназначен для laptop и портативных ПК (напряжение питания 3,3 В, имеет внутреннюю схему выключения, предусмотрена схема снижения частоты синхронизации в определенных условиях и т.д.)МП 80486 SLC2 разработан фирмой IBM (применена схема удвоения частоты - на внешнем уровне она работает с обычной тактовой частотой, а на внутреннем уровне с удвоенной частотой; используется напряжение питания 3,3 В; по сравнению с 80386 SLC удвоена емкостьвнутреннего кэш-16 Кбайт).Intel Rapid CAD - это модифицированный процессор 80486,который с дополнительным чипом работает в любом вычислительномустройстве, рассчитанном на CPU 80386.
Этот специальный набормикросхем делает из ПК с CPU 80386 почти полноценный ПК 486443(быстрота, как у 80486 плюс дополнительная производительностьсопроцессора).Intel 80486 DX2 - усовершенствованный вариант 80486 DX (он навнешнем уровне представляет собой МП с тактовой частотой 25 или 33МГц, который однако на внутреннем уровне работает с тактовой частотой 50 или, соответственно, 66 МГц). Тогда команды, которые неиспользуют передачу данных на внешнюю шину, выполняются почти вдва раза быстрее (это на практике означает повышение эффективностиот 50 до 95%).
Эти МП обеспечили новую технологию, при которойскорость работы внутренних блоков МП в два раза выше скоростиостальной части системы (появилась возможность объединения высокойпроизводительности МП с внутренней тактовой частотой 50(66) МГц иэффективной по стоимости 25/33 МГц-системой).Intel OverDrive DX2 отличается от 180486 DX2 тем, что последниемонтируются на системных платах еще при сборке ПК, а первые должнывставляться самими пользователями. Это основывается на технологииумножения тактовой частоты, и внутренние узлы (сопроцессор, внутренняя кэш, устройство управления памятью, АЛУ) используют удвоеннуючастоту, а остальные (системная память и внешняя кэш-память, вспомогательные микросхемы) работают с обычной скоростью.
Поэтому фирмаIntel заявляет, что OverDrive — это не только конкретные микросхемы,а, скорее, новая методология замены МП, Это результат действияобъявленногофирмойIntelлозунгаUpgradability—усовершенствование.Далее представлена таблица, отображающая увеличениепроизводительности при использовании OverDrive (см. табл. 2.1)Intel ввел свой индекс для оценки производительности МП iCOMP(Intel Comporative Microprocessor Perfomance). Производительность МП80486 SX-25 принимается за 100, и индекс представляет из себя число,которое отражает относительную производительность данного приборапо сравнению с выбранной единицей.444Таблица 1Увеличение производительности при использовании OverDriveОсновнойпроцессор486SX-25486DX-254S6SX-33486DX-33486SX2-50486DX2505486DX266iCOMPосновногопроцессора100122136166180231297iСОМР Intel iCOMP IntelBX2DX4OverDriveOverDrive231319231319297435297435iCOMPPentiumOverDrive443443581581443443581Pentium - пятое поколение МП (1993 г.)Рассматриваемые до сих пор МП построены в соответствии сCISC-архитектурой (Complex Instruction Set Computer - компьютер сосложным набором команд).
Расширение сферы применения ПК иусложнение программного обеспечения требовали существенногоувеличения вычислительной мощи CPU. Сильно развивались RISCпроцессоры, и уже были предсказания о том, что в МП использованы всевозможности CISC-архитектуры. Стоимость накопленного системного иприкладного программного обеспечения была очень велика, и фирмеIntel вряд ли простили отказ от программной совместимости спредыдущими моделями. Поэтому еще при разработке 80486 былиначаты работы по проектированию нового МП. Причем в результатеразвития микроэлектронной технологии степень интеграции микросхемвсе увеличивалась, и появлялись дополнительные возможности переносав архитектуру МП все новых и новых атрибутов из мира мэйнфреймов.Intel считала, что еще не все возможности CISC-архитектурыиспользованы, и новый МП, а также дальнейшие работы по созданиюпоследующих МП доказали это.
Отметим существенные отличительныепараметры и свойства Pentium-a (МП пятого поколения).Pentium представляет собой суперскалярный (атрибут мэйнфреймов) процессор с 32-битной адресной шиной и 64-битной шинойданных,изготовленныйпосубмикроннойтехнологиискомплиментарной МОП-структурой (0,8 мкм — 1/100 толщинычеловеческого волоса) и состоящий из 3,1 млн. транзисторов (наплощади в один квадратный дюйм — 16,25 см2).Производительность МП при тактовой частоте 66 МГц составляетоколо 112 млн.
инструкций в секунду (MIPS). Пятикратное повышение(по сравнению с 80486 DX) достигалось благодаря двум 5-ступенчатымконвейерам, позволяющим выполнить одновременно несколькоинструкций. В основном этот конвейер может выполнять две параллельные команды одновременно, и поэтому для выборки команд тре445буются два конвейера.
Целочисленные команды благодаря их спариванию могут выполняться за один такт синхронизации. Эти конвейеры неодинаковы: U-конвейер выполняет любую команду системы команд семейства 86; V-конвейер выполняет только "простые" команды, т.е. команды, которые полностью встроены в схемы МП и не требуют микропрограммного управления при выполнении (это команды, допускающиеспаривание с другими командами: регистр—регистр; память—регистр;регистр—память; переходы; вызовы; жестко закомментированные арифметико-логические операции).
Каждый из конвейеров состоит из следующих 5 ступеней, действующих по порядку: предвыборка; декодирование команды; формирование адреса; выполнение; запись результата.Для постоянной загрузки этих конвейеров из кэш-памятитребуется широкая полоса пропускания. Естественно, для отмеченногослучая совмещенный буфер команд и данных не подходит. Pentiumимеет разделенный буфер команд и данных — двухвходовые (атрибут изарсенала RISC-процессоров). Обмен данными через кэш-данныхвыполняется совершенно независимо от процессорного ядра, а буферинструкций связан с ним через высокоскоростную 256-разряднуювнутреннюю шину.
Каждый из кэш-памятей имеет емкость 8 Кбайт, иони допускают одновременную адресацию. Поэтому программа в одномтакте синхронизации может извлечь 32 байта (256 : 8=32) команд ипроизвести два обращения к данным (32x2=64). Как видно из рисунка,для связи с остальными компонентами системы используется внешняя64-разрядная шина данных с максимальной пропускной способностью528 Мбайт /с.Еще одним новым средством является буфер предсказанияпереходов (из атрибутов мэйнфрейма). Хотя ВТВ (Branch Target Buffer— буфер поедсказания переходов) и не может правильно предсказатьабсолютно все переходы, но большинство предсказаний оказываетсяточными.Этообеспечиваетзначительноеповышениепроизводительности.
Например, программный цикл, состоящий изпересылки, сравнения, сложения и перехода в 80486 DX выполняется за6 тактов синхронизации, а в Pentium за 2 (команды пересылки исложения, а также сравнения и перехода спариваются и предсказываетсяпереход).Обработка графической информации, мультимедиа-приложений иинтенсивное использование ПК для решения вычислительных задач требует высокой производительности при выполнении операций с плавающей точкой.
Аппаратная реализация (вместо микропрограммной) основных арифметических операций (+,х и /) выполняется автономнымивысокопроизводительными блоками, и 8-ступенчатый конвейерпозволяет выдавать результаты каждый тактВ процессор Pentium введен (как и в 80486) режим управлениясистемой SMM (System Management Mode). Этот режим даетвозможность реализовывать системные функции очень высокого уровня,446включая управление питанием или защиту, прозрачные для ОС ивыполняющихся приложений.Средствами SMM управляет микропрограмма в ROM, котораявстроена в МП.
В режим SMM МП может переходить из любого режимаи, выполнив необходимые действия, вернуться в первоначальныйрежим. Такая возможность достигается за счет использованияспециальной области памяти, называемой RAM управления системойSMRAM (System Management Random Access Memory), котораяприменяется для хранения самой программы SMM и сохранениясостояния регистров первоначальной программы.
Запрещаются вседругие прерывания, что предоставляет SMM полное управлениесистемой. Программа SMM может перевести МП или периферийноеустройство в пассивное состояние после определенного временибездействия и активизировать их при нажатии клавиши или движениимыши. Эта программа полностью управляет вводом-выводом иосуществляет адресацию всех 4 Гбайт RAM.Естественно, переход на тактовую частоту 60 МГц и выше былзначительным достижением (преодолевался магический предел 100MIPS), и были соответственным образом решены проблемы охлаждения(поверхность процессора при этом нагревается до 85°С).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
