информатика для экономистов. 1. Информатика для экономистов. Учебное пособие Нижний Новгород Издательство Нижегородского госуниверситета 2012
 Скачать 0.95 Mb.
|
3.4.3. ПроцессорыЧасто различают CISC (Common Instruction Set Computer, процессоры с полным набором команд) и RISC (Reduced Instruction Set Computer, процессоры с сокращенным набором команд) процессоры Самыми высокопроизводительными процессорами (из массово производимых CISC - процессоров) являются процессоры Alpha. Процессоры Alpha используются во многих мини-ЭВМ и суперкомпьютерах. Довольно распространенными также являются различные разновидности процессоров PowerPC, которые используется в ПК фирмы Apple, а также во многих встроенных ЭВМ. В CISC-процессорах для выполнения каждой команды используется своя микропрограмма, состоящая из набора микрокоманд. Каждая микрокоманда реализована на аппаратном уровне и выполняет какое-либо элементарное действие, необходимое для реализации различных команд. Конкретная команда процессора кодируется набором микрокоманд, образующих микропрограмму. Таким образом, программы формируются из команд процессора, а сами команды, в свою очередь, являются микропрограммами. В RISC-процессорах каждая команда процессора реализована в виде отдельной схемы. В этом случае каждая отдельная команда выполняется быстрее, но самих команд меньше и для реализации некоторых действий, которые в CISC-процессорах выполняются одной командой, здесь требуется несколько команд. Традиционно, в мэйнфреймах используются CISC-процессоры, а в мини-ЭВМ - RISC-процессоры. Например, процессоры Alpha - это RISC-процессоры. Процессоры Intel и совместимые с ними являются CISC-процессорами, а процессоры PowerPC - RISC-процессоры. С середины 90х гг. грань между CISC и RISC-процессорами стирается и на сегодняшний момент в процессорах, начиная с Pentium IV, используется много конструктивных решений, ранее характерных только для RISC-процессоров. В карманных компьютерах используются, главным образом, RISC-процессоры, поскольку они компактнее и значительно меньше нагреваются при работе и потому не требуют отдельной системы охлаждения. Основными характеристика процессора являются: разрядность; тактовая частота; система команд; наличие и характеристики кэш-памяти; возможности параллельного исполнения команд; технология изготовления. Разрядность процессора. Это число двоичных разрядов, одновременно обрабатываемых при выполнении одной команды. Первые микропроцессоры были 4-разрядными, то есть за одной командой могли обрабатывать не более 4 двоичных разрядов. Для обработки более длинных чисел нужно было применять несколько команд. Первые массово производимые ПК в конце 70х гг. использовали 8-разрядные МП. Первые ПК фирмы IBM использовали 16-разрядные МП. Начиная с МП Intel 80386 МП стали полностью 32-разрядными, но для совместимости с программами, разработанными для младших моделей МП содержали набор 16-разрядных команд. До сих пор процессоры Intel обеспечивают поддержку выполнения 16-разрядных программ. Для работы с такими программами МП переключается в специальный режим, в котором он работает существенно медленнее. Процессоры Pentium уже поддерживали 64-разрядный обмен данными. Современные процессоры фирмы Intel частично 64-разрядные, то есть имеют команды, рассчитанные на работу с 64-разрядными данными. В настоящее время активно выпускаются полностью 64-разрядные процессоры Intel (Itanium, Itanium-2). Однако они дорогие и пока используются только в высокопроизводительных серверах. Для использования их возможностей в обычных ПК пока нет соответствующих программ. Однако уже существует 64-разрядная версия Windows. Производительность процессора определяется скоростью выполнения команд программы. Поскольку время исполнения разных команд существенно варьируется, то для характеристики производительности процессора используют введённые ранее показатели: MIPS и MFLOPS . Тактовая частота - количество циклов работы устройства за единицу времени. Измеряется в гигагерцах (Ггц). Чем выше тактовая частота работы устройства, тем выше его производительность. Однако строгой зависимости нет. Для оценки производительности процессоров и компьютерной системы в целом эффективным можно считать подход, при котором производительность измеряется как некоторая средневзвешенная величина, вычисленная на основе данных о скорости решения набора типовых задач обработки данных. Система команд. В составе команд современного процессора, как правило, присутствуют арифметические и логические команды над числами с фиксированной и плавающей запятой, а также дополнительные команды, реализующие обработку графических, видео- и аудиоданных. В предшествующих моделях для реализации таких команд необходимо было создавать программу, включающую несколько десятков или сотен машинных команд. За счет этого соответствующие действия выполняются намного быстрее. Общее количество команд, реализуемых современным процессором, достигает нескольких сотен. Наличие и характеристики кэш-памяти. Кэш-память в процессорах используется для ускорения доступа к данным, размещенным в ОЗУ. Обычно используется кэш-память первого и второго уровня. Кэш-память первого уровня имеет меньший объем, чем второго, но размещается она непосредственно в процессоре и потому намного быстрее. Различия между процессорами Pentium IV, Core 2 и Celeron, Аthlon и Duron или Turion состоит, главным образом, в том, что у первых размеры кэш-памяти существенно больше. У процессоров серии Xeon, предназначенных для серверов кэш-память еще больше. С каждым новым поколением процессоров кэш-память увеличивается. Параллельное исполнение команд. Оно основано на том, что каждая команда исполняется процессором за несколько внутренних циклов работы. Поэтому когда исполнение одной команды переходит к следующем циклу, процессор одновременно может начать обрабатывать другую команду. За счет организации конвейера команд скорость работы процессора намного возрастает. Однако это не всегда возможно. Поэтому активно развиваются научные исследования, связанные с оптимизацией построения конвейеров обработки команд. Технология изготовления процессоров. Чем меньше размеры процессора, тем он быстрее, т.к. меньше расстояние между элементами и электроны проходят его быстрее по разработке технологий более плотного размещения элементов в процессорах. Одним из основных путей уменьшения размеров и соответственно увеличения плотности расположения элементов в микросхеме процессора является уменьшение толщины проводников. В современных процессорах нормы толщины проводников снижены до 0,18 - 0,13 мкм. В настоящий момент в экспериментальных разработках фирмы IBM элементарные микросхемы формируются в виде одной молекулы. Предполагается, что уже в скором времени изготовление процессоров, основанных на молекулярных микросхемах, будет поставлено на индустриальную основу и это произведет переворот в микроэлектронике. Процессоры развиваются в соответствии с законом Мура, согласно которому производительность процессоров удваивается каждые полтора-два года. Закон соблюдается с 1965 г., но в последнее время все чаще утверждают, что производительность процессоров стала возрастать быстрее. Основные направления совершенствования процессоров: Уменьшение размеров и увеличение плотности элементов Увеличение разрядности Параллельное исполнение команд Развитие системы команд Оптимизация кэш-памяти Производительность массово выпускаемых в настоящее время процессоров для IBM PC примерно соответствует следующей схеме: Turion<Celeron<Fenom<Core 2 Следует иметь ввиду, что процессоры AMD и Intel требуют использования разных материнских плат, поскольку устанавливаются на нее через разъемы разного типа. |