assembler. Учебник для вузов_Юров В.И_2003 -637с (862834), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Другойпричиной появления и широкого распространения 18088 было наличие большогоколичества 8-разрядных внешних устройств. 8-разрядная шина данных 18088 позволяла упростить процесс сопряжения с этими устройствами. Отметим, что одним из внешних устройств, поддерживаемых процессорами 18086/88, был математический сопроцессор 18087, который мог устанавливаться в специальный разъемматеринской платы. Это позволяло более эффективно выполнять операции с плавающей точкой в соответствии со стандартом IEEE-754. Важно также подчеркнуть, что, начиная с 18086/88, все процессоры Intel совместимы «снизу вверх».Следствием этого является гарантированная возможность запуска на современном процессоре Pentium практически любой программы, написанной для 18086/88(естественно, при соответствующей поддержке системного программного обеспечения).Согласно известному закону, программное обеспечение (software), подобно газу,стремится заполнить весь доступный ему объем.
Поэтому поначалу кажущиеся22Глава 1. Организация современного компьютерафантастическими возможности новых процессоров со временем становятся узами, тем самым подталкивая конструкторов процессоров искать новые архитектурные и технологические решения для перевода программ в новые, более свободныерамки существования. Оперативная память объемом 1 Мбайт — это много. Долгаяжизнь процессоров 18086/88 подтверждает это.
Но с течением времени даже такойобъем памяти превратился в ограничение, в связи с чем стали применяться различные технологии для обхода этого ограничения. Многие, наверное, еще помнятзагрузку MS-DOS с драйверами расширенной памяти EMS (Expanded MemorySpecification), с помощью которых через окно размером 64 Кбайт можно былообращаться к внешней дополнительной памяти размером до 32 Мбайт. Но это немогло продолжаться вечно, и в 1982 г.
Intel представляет процессор i80286. И хотяон не решил окончательно проблему ограничения пространства памяти, в нем былиреализованы определенные архитектурные изменения, благодаря которым последующие модели процессоров позволили разрядить ситуацию с доступом к памяти.К главным нововведениям следует отнести расширение шины адреса до 24 битов,что позволило адресовать уже 16 Мбайт оперативной памяти, а также появлениееще одного режима работы процессора — защищенного. В этом отношении данный процессор также можно считать революционным.
До этого в процессорах Intelотсутствовала поддержка на процессорном уровне какой-либо защиты программот взаимного влияния. Введение подобных средств в архитектуру процессоров Intelстимулировало производителей на разработку многозадачных операционных систем. Наиболее яркие примеры — Microsoft (ОС Windows) и IBM (OS/2). Справедливости ради следует отметить, что доминирующей системой для i286 была MSDOS, и данный процессор использовался как более быстрый вариант 18086/88.
Дляширокого распространения многозадачные системы должны были пройти определенный путь развития.Мощным стимулом к развитию многозадачных систем стали возможности, предоставляемые новым процессором i80386, выпущенным Intel в 1985 г. Это былпервый 32-разрядный процессор, который положил начало семейству процессоров IA-32 (32-bit Intel Architecture). Главные отличительные особенности: 32-разрядные шины адреса и данных (адресация оперативной памяти — до 4 Гбайт);увеличенная до 32 битов разрядность внутренних регистров процессора; введениетретьего режима работы процессора (режима виртуального процессора 8086); поддержка страничной адресации памяти, благодаря которой стало возможном за счетдисковой памяти виртуализировать доступ к оперативной памяти и теоретическирасширить ее рамки вплоть до 4 Гбайт.
Аналогично ситуации с 18086 и 18088, одновременно был выпущен более дешевый вариант процессора i80386 (180386-DX)с 16-разрядной шиной данных — 180386-SX. При необходимости на материнскуюплату можно было установить и математический сопроцессор 180387. Процессорi80386 первым из семейства процессоров Intel стал поддерживать возможностьпараллельного функционирования своих устройств: устройства шинного интерфейса (bus interface unit), блока предварительной выборки (code prefetch unit), блока декодирования команд (instruction decode unit), исполнительного блока (executionunit), блока сегментации (segment unit), блока страничной адресации (paging unit).Концепция параллельного функционирования устройств позже, а именно в 180486,стала основой другой концепции — конвейеризации вычислений.История процессоров Intel23Процессор i80486 появился в 1989 г.
Основные его характеристики — наличиевстроенного математического сопроцессора, поддержка многопроцессорного режима работы и работы с двумя видами кэш-памяти — внутренней размером 8 Кбайт(1-го уровня L1) и внешней кэш-памятью (2-го уровня L2). Важные измененияв архитектуре процессора i80486 коснулись концепции параллельных вычислений.Они стали воплощением идей, лежащих в основе RISC-технологии разработкипроцессоров. Согласно им, машинные команды со сложным алгоритмом работы(Complete-Instuction-Set Computing, CISC) на микропрограммном уровне реализовывались на основе более простых команд из ограниченного набора (ReducedInstruction Set Computer, RISC). Для выполнения CISC-команд требуется несколько тактов работы процессора, иногда несколько десятков.
RISC-команды должнывыполняться за один такт. Такое изменение внутреннего представления внешнихкоманд, наряду с изменением последовательности их выполнения и режимов декодирования, позволило реализовать реальную конвейеризацию вычислений.В результате выполнение CISC-команды происходило за один такт процессора.Конвейер процессора i80486 состоял из 5 ступеней. Начиная с процессора J80486процессоры Intel поддерживают различные концепции энергосбережения. Интересно, что совершенствование процессора J80486 шло в ходе его промышленногопроизводства.
Вследствие этого по своим возможностям следующие по временивыпуска процессоры 180486 в большей или меньшей степени отличались от предыдущих.Ну и, наконец, ЭПОХА PENTIUM. Знаменитый своей ошибкой блока с плавающей точкой первый Pentium — Pentium-60 — был представлен в начале 1993 г.Благодаря суперскалярной архитектуре (с двумя конвейерами, известными как ии v) он мог выполнять две машинные инструкции за один такт. К внутреннемукэшу команд добавлен внутренний 8-килобайтный кэш данных. Реализована технология предсказания переходов (branch prediction).
Для увеличения пропускнойспособности при обработке данных процессор Pentium поддерживает внутренниепути шириной 128 и 256 битов, внешняя шина данных увеличена до 64 битов. Добавлены средства для построения многопроцессорных систем, в частности расширенный программируемый контроллер прерываний (Advanced Programmable InterruptController, APIC), дополнительные выводы и специальный режим дуальной обработки (dual processing), ориентированный на построение двухпроцессорных систем.
Начиная с модели процессоров Pentium с тактовой частотой 133 МГц (1997 г.)в них был введен блок ММХ-команд (ММХ означает MultiMedia extensions). Реализованный на базе сопроцессора, данный блок поддерживал SIMD-технологию,которая предполагает обработку блока однородных данных одной машинной инструкцией. Цель введения данного расширения — увеличение производительности приложений, обрабатывающих массивы однородных целочисленных данных.Примеры таких приложений — программы обработки изображений, звука, архивирования-разархивирования данных и др. Излишне говорить, что все эти нововведения резко подняли производительность процессора Pentium по сравнениюс его предшественником — процессором i486 — и не оставили последнему особыхальтернатив для существования.На сегодняшний день имеется три поколения, или семейства, процессоровPentium — Pentium, P6 и Pentium IV с микроархитектурой NetBurst. К семейству24Глава 1.
Организация современного компьютераPentium относятся упоминавшиеся ранее процессоры Pentium и Pentium MMX.История семейства Р6 началась в 1995 году с появлением процессора Pentium Pro.Несмотря на схожие названия, внутренние архитектуры процессоров двух семействбыли совершенно разными. Не вдаваясь в новые схемотехнические решения, реализованные в процессоре Pentium Pro, отметим его основные архитектурные свойства. Процессор поддерживал работу трех конвейеров, то есть мог обрабатыватьдо трех команд за один такт. Для этого использовались особые технологии обработки потока команд, которые подробнее будут рассмотрены в следующей главе.Процессор Pentium Pro использовал новую технологию работы с кэш-памятью.Наряду с уже обычным внутренним кэшем первого уровня размером 8 Кбайтв одном корпусе (но не на одной микросхеме) с процессором располагалась кэшпамять второго уровня размером 256 Кбайт, для связи с которой имелась специальная 64-разрядная шина, работающая на частоте процессора.
Шина данных процессора Pentium Pro имела разрядность 36 бита, что позволяло при определенныхусловиях организовать адресацию памяти до 64 Гбайт.Процессор Pentium II, появившийся на свет в 1997 г., добавил к архитектурепроцессора Pentium Pro поддержку ММХ-команд. Кроме того, были увеличеныразмеры кэш-памяти всех уровней — кэш-память команд и данных первого уровня выросла до 16 Кбайт каждая, кэш-память второго уровня могла иметь величину256,512 Кбайт или 1 Гбайт.
Кэш-память второго уровня могла работать на половинечастоты работы процессора. Также процессор поддерживал множество технологийэнергосбережения. Следующие две модели процессоров, выпущенные в 1998 г., —Celeron и Pentium II Xeon — были, соответственно, более «легкой» и более «тяжелой» модификациями процессора Pentium П.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
