Лекция №2. Узлы современного компьютера (1244996), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Максимальная длина не сможет превысить 3 метра. USBиспользует линейное избыточное кодирование 8/10 бит, превращающее восьмибитные данные вдесятибитные, хотя это уменьшает скорость передачи полезной информации на 20%. Помимо роста скоростиновый стандарт принес еще много интересного. Во-первых, в нем увеличилась сила тока, которую можетзапросить устройство — теперь верхняя граница 0,9 А, что позволило подключать внешние накопители на2,5-дюймовых жестких дисках. Во-вторых, две линии передачи данных совершенно недвусмысленнонамекают, что стандарт USB 3.0 позволяет одновременно передавать и получать данные.
В-третьих,стандарт принес полноценный механизм прерываний, что позволило отказаться от столь невыгодных, с точкизрения потери драгоценного времени, опросов устройств. Не забыто и энергосбережение: с появлениемпрерываний стало возможным реализовать управление питанием устройств с режимами пониженногопотребления, инициируемыми самими устройствами. Каждое устройство обязано предоставить информациюо том, какую минимальную скорость обслуживания оно способно «выдержать» без ущерба дляфункционирования.
На основе этих данных хост (читай — ноутбук или портативный плеер) может перейти вмаксимально «глубокое» состояние энергопотребления — понизить частоту процессора, например.ПроцессорМногоуровневая компьютерная организацияОбъекты на уровне 0 называются вентилями. Вентили состоят из аналоговых компонентов (транзисторы) исмоделированы как цифровые средства, на входе у которых цифровые сигналы (или набор 0 и 1), а навыходе – результат простых функций («И»,«ИЛИ», «НЕ»).
Каждый вентиль формируется из несколькихтранзисторов. Несколько вентилей формируют 1 бит памяти, который может содержать 0 или 1. Биты памяти,объединенные в группы, например, по 16,32 или 64, формируют регистры. Каждый регистр может содержатьодно двоичное число до определенного предела.Уровень 1.
Микроархитектурный уровень, представляет собой локальную память (совокупность регистров) исхему, называемую АЛУ (арифметико-логическое устройство). АЛУ выполняет простые арифметическиеоперации. Регистры вместе с АЛУ формируют тракт данных, по которому поступают данные. Основнаяоперация тракта данных состоит в следующем. Выбирается один или два регистра, АЛУ производит над нимикакую-либо операцию, например сложения, а результат помещается в один из этих регистров.Уровень 2. Уровень архитектуры команд. Этот уровень включает набор машинных команд, которыевыполняются микропрограммой-интерпретатором или аппаратным обеспечением.Уровень 3.
Уровень операционной системы. Этот уровень включает набор команд уровня 2. Оставшаясячасть команд интерпретируется операционной системой. Особенности уровня: набор новых команд,собственная организация памяти, способность выполнять две и более программ одновременно и др. Припостроении третьего уровня возможно больше вариантов, чем при построении первого и второго.Нижние три уровня конструируются не для того, чтобы с ними работал обычный программист. Ониизначально предназначены для работы интерпретаторов и трансляторов, поддерживающих более высокиеуровни. Эти трансляторы и интерпретаторы составляются системными программистами, которыеспециализируются на разработке и построении новых виртуальных машин.
Уровни с четвертого и вышепредназначены для прикладных программистов, решающих конкретные задачи.Другое различие между уровнями 1,2,3 и уровнями 4,5 и выше — особенность языка. Машинные языкиуровней 1,2 и 3 — цифровые. Программы, написанные на этих языках, состоят из длинных рядов цифр,которые удобны для компьютеров, но совершенно неудобны для людей. Начиная с четвертого уровня, языкисодержат слова и сокращения, понятные человеку.Уровень 4.
Уровень языка ассемблера. Представляет собой символическую форму одного из языков болеенизкого уровня. На этом уровне можно писать программы в приемлемой для человека форме. Эти программысначала транслируются на язык уровня 1, 2 или 3, а затем интерпретируются соответствующей виртуальнойили фактически существующей машиной. Программа, которая выполняет трансляцию, называетсяассемблером.Уровень 5. Язык высокого уровня. Обычно состоит из языков, разработанных для прикладныхпрограммистов.
Такие языки называются языками высокого уровня. Существуют сотни языков высокогоуровня. Наиболее известные среди них — BASIC, С, C++, Java, LISP и Prolog. Программы, написанные наэтих языках, обычно транслируются на уровень 3 или 4. Трансляторы, которые обрабатывают эти программы,называются компиляторами или иногда используется метод интерпретации.
Например, программы наязыке Java обычно интерпретируются.Интерпретатор берѐт очередной оператор языка из текста программы, анализирует его структуру и затемсразу исполняет. Только после того как текущий оператор успешно выполнен, интерпретатор перейдѐт кследующему. Если один и тот же оператор будет выполняться в программе многократно, интерпретаторбудет выполнять его так как, как будто встретил впервые. Вследствие этого программы, в которых требуетсяосуществить большой объѐм вычислений, будут выполняться медленно.Компиляторы полностью обрабатывают весь текст программы. Они просматривают его в поискесинтаксических ошибок (иногда несколько раз), производят определенный смысловой анализ, а затемавтоматически переводят (транслируют) на машинный язык - генерируют машинный код.ХАРАКТЕРИСТИКИ СОВРЕМЕННЫХ ПРОЦЕССОРОВПервым общедоступным микропроцессором был 4-разрядный Intel 4004, представленный 15ноября 1971 года корпорацией Intel. Он содержал 2300 транзисторов, работал на тактовойчастоте 108 кГц и стоил 300 долл.
Эта разработка поражала воображение современников:устройство размером с сустав указательного пальца, было сравнимо по своей вычислительноймощи с первой ЭВМ, которая была создана в 1946 г. и занимала пространство объемом в 85кубометров.В современных компьютерах процессоры выполнены в виде компактного модуля (размерамиоколо 5×5×0,3 см), вставляющегося в специализированный разъем(ZIF-сокет). Большая частьсовременных процессоров реализована в виде одного полупроводникового кристалла,содержащего миллионы, а с недавнего времени даже миллиарды транзисторов.Если попытаться классифицировать все характеристики современных процессоров с точкизрения пользователя, то можно выделить четыре основные группы:производительность;энергоэффективность;функциональные возможности;стоимость.Если в отношении стоимости все понятно, то остальные характеристики процессоровнуждаются в комментариях.ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬПод производительностью процессора принято понимать скорость выполнения им тойили иной задачи (какого-либо приложения), то есть чем меньше времени затрачиваетпроцессор на ее реализацию, тем выше его производительность.
Одни процессорыдемонстрируют более высокую производительность на одном наборе приложений, а какие-то —на другом. В этом смысле более корректно говорить не об абсолютной производительностипроцессора (как о некой безусловной истине), а о производительности на набореприложений.На производительность процессора оказывают непосредственное влияние егомикроархитектура, размер кэша, тактовая частота и количество ядер процессора.Помимо одноядерных в настоящее время существует широкий спектр двухъядерных ичетырехъядерных процессоров для ПК. Переход от одноядерных процессоров к многоядерным —это современная тенденция развития процессоров и причина состоит в том, чтоэнергопотребление процессоров сегодня достигло уже той критической отметки, когдадальнейшее увеличение тактовой частоты невозможно, поскольку подобные одноядерныепроцессоры просто нечем охлаждать.Кардинально иным способом увеличения производительности является переход отодноядерных процессоров к двухъядерным и многоядерным.
При этом не просто меняетсяархитектура процессоров, но и требуется изменение всей инфраструктуры, включая программноеобеспечение. Дело в том, что многоядерные процессоры могут дать выигрыш попроизводительности, только если используется оптимизированное под многоядерность,хорошо распараллеливаемое программное обеспечение.ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬКроме абсолютной производительности, процессоры принято характеризоватьэнергоэффективностью, то есть производительностью в расчете на ватт потребляемойим электроэнергии. Ранее, когда потребляемая процессором мощность составляла всегонесколько десятков ватт, на такую характеристику, как энергоэффективность, просто необращали внимание. Однако при достижении потребляемой процессором мощностирубежа в 100 Вт, а тем более его превышении энергоэффективность стала одной изважнейших характеристик процессора. Дело в сложности охлаждения процессора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
