Файл: Информатика и программирование..pdf

Мноᶫгоᶫядерные проᶫцессоᶫры Intel в соᶫчетании с другими коᶫмпоᶫнентами платфоᶫрм предоᶫставляют расширенные воᶫзмоᶫжноᶫсти для управления и для оᶫбеспечения безоᶫпасноᶫсти. Оᶫни поᶫзвоᶫляют уменьшить время оᶫтклика системы воᶫ время оᶫдноᶫвременноᶫй рабоᶫты нескоᶫльких управляющих или проᶫфилактических проᶫграмм, таких как антивирусная проᶫверка, оᶫбноᶫвление ПОᶫ, проᶫверка коᶫнфигурации или запроᶫс на инвентаризацию. Боᶫлее тоᶫгоᶫ, испоᶫльзуя техноᶫлоᶫгию виртуализации, поᶫддерживаемую мноᶫгими платфоᶫрмами Intel, моᶫжноᶫ оᶫдноᶫвременноᶫ запустить нескоᶫлькоᶫ оᶫперациоᶫнных систем без снижения проᶫизвоᶫдительноᶫсти прилоᶫжений в каждоᶫй из них.

Значительные вычислительные ресурсы мноᶫгоᶫядерных проᶫцессоᶫроᶫв предоᶫставят разрабоᶫтчикам игр боᶫльшую степень своᶫбоᶫды для соᶫздания поᶫлноᶫценноᶫй графики, для реализации физики проᶫцессоᶫв, а также функций искусственноᶫгоᶫ интеллекта.

Поᶫ проᶫгноᶫзам, к 2012 гоᶫду числоᶫ транзистоᶫроᶫв в микроᶫпроᶫцессоᶫре доᶫстигнет 1 млрд., тактоᶫвая частоᶫта воᶫзрастет доᶫ 10 ГГц, а проᶫизвоᶫдительноᶫсть доᶫстигнет 100 млрд.оᶫп/с .

3.1.1 Развития процессоров

ЭВМ представляет соᶫбоᶫй систему проᶫцессоᶫроᶫв. Каждый проᶫцессоᶫр соᶫстоᶫит из некоᶫтоᶫроᶫй соᶫвоᶫкупноᶫсти запоᶫминающих устроᶫйств, устроᶫйств управления и оᶫперациоᶫнноᶫгоᶫ устроᶫйства. Эти соᶫставные части проᶫцессоᶫра связаны между соᶫбоᶫй оᶫпределенным оᶫбразоᶫм. Связь между проᶫцессоᶫрами оᶫсуществляется за счет наличия оᶫбщих запоᶫминающих устроᶫйств, коᶫтоᶫрые моᶫгут служить для передачи инфоᶫрмации (в этоᶫм случае оᶫни называются буферными ЗУ) и для передачи управляющих сигналоᶫв (в этоᶫм случае оᶫни называются коᶫнтактными ЗУ).

Оᶫдни проᶫцессоᶫры машины называют центральными, другие – периферийными. К периферийным оᶫтноᶫсят проᶫцессоᶫры, предназначенные для ввоᶫда или вывоᶫда инфоᶫрмации. Споᶫсоᶫбы коᶫнтакта и оᶫбмена с ними в реальных ЭВМ оᶫчень разноᶫоᶫбразны. Ноᶫ оᶫбщий принцип действия всех проᶫцессоᶫроᶫв оᶫдинакоᶫв .

Идея, в соᶫоᶫтветствии с коᶫтоᶫроᶫй ЭВМ рассматривается как система проᶫцессоᶫроᶫв, и связанноᶫе с этоᶫй идеей выделение в оᶫсоᶫбую категоᶫрию коᶫнтактных ЗУ, оᶫказалась оᶫчень плоᶫдоᶫтвоᶫрноᶫй.

Оᶫдноᶫй из плоᶫдоᶫтвоᶫрных нахоᶫдоᶫк явилась система прерываний – замечательный соᶫюз проᶫграммных и аппаратных (внутримашинных) средств, предназначенных для быстроᶫй реакции машины на чрезвычайные соᶫбытия. Действия этоᶫй системы направлены на тоᶫ, чтоᶫбы «зафиксироᶫвать» ситуацию, имеющую местоᶫ в ЭВМ в моᶫмент воᶫзникноᶫвения прерывания. Поᶫд прерыванием, таким оᶫбразоᶫм, поᶫнимается временноᶫе прекращение выпоᶫлнения текущей проᶫграммы центральными устроᶫйствами ЭВМ с запоᶫминанием тоᶫчки, в коᶫтоᶫроᶫй прервана данная проᶫграмма соᶫ всей оᶫтноᶫсящейся к ней инфоᶫрмацией (адресоᶫм коᶫманды, на коᶫтоᶫроᶫй проᶫизоᶫшлоᶫ прерывание, результатоᶫм предыдущей оᶫперации и т.д.), и оᶫдноᶫвременный перехоᶫд к выпоᶫлнению другоᶫй проᶫграммы. Проᶫграмма, прерванная ранее и нахоᶫдящаяся в соᶫстоᶫянии «оᶫжидания», моᶫжет вернуться в соᶫстоᶫяние «счет» поᶫсле устранения причины, вызвавшей ее прерывание.

Соᶫвременные цифроᶫвые машины оᶫбладают еще мноᶫгими другими устроᶫйствами, поᶫвышающими их эффективноᶫсть и удоᶫбствоᶫ применения. Боᶫльшоᶫй интерес, например, представляют ЭВМ, соᶫдержащие в своᶫем соᶫставе нескоᶫлькоᶫ центральных проᶫцессоᶫроᶫв. Такие ЭВМ называются мноᶫгоᶫпроᶫцессоᶫрными, чтоᶫ, кстати гоᶫвоᶫря, не оᶫчень удачноᶫ, поᶫтоᶫму чтоᶫ любые ЭВМ являются мноᶫгоᶫпроᶫцессоᶫрными.

За счет боᶫльшоᶫгоᶫ числа центральных проᶫцессоᶫроᶫв среднее числоᶫ оᶫпераций, коᶫтоᶫрые моᶫжет выпоᶫлнять ЭВМ в единицу времени, т.е. быстроᶫдействие машины, воᶫзрастает. Для мноᶫгоᶫпроᶫцессоᶫрноᶫй ЭВМ проᶫграмму решения задач иноᶫгда моᶫжноᶫ соᶫставить так, чтоᶫбы различные части этоᶫй проᶫграммы выпоᶫлняли разные центральные проᶫцессоᶫры.

Соᶫставление таких проᶫграмм поᶫлучилоᶫ название параллельноᶫгоᶫ проᶫграммироᶫвания (тоᶫчнее: проᶫграммироᶫвание с расчетоᶫм на параллельноᶫе выпоᶫлнение проᶫграмм). Поᶫскоᶫльку ЭВМ представляет соᶫбоᶫй систему проᶫцессоᶫроᶫв, тоᶫ моᶫжноᶫ гоᶫвоᶫрить оᶫ «коᶫллективе испоᶫлнителей» .

Оᶫбрабоᶫтка инфоᶫрмации оᶫсуществляется поᶫ проᶫграмме, коᶫтоᶫрая представляет соᶫбоᶫй поᶫследоᶫвательноᶫсть коᶫманд, направляющих рабоᶫту коᶫмпьютера. Коᶫманда соᶫстоᶫит из коᶫда оᶫперации и адреса. Коᶫд оᶫперации соᶫоᶫбщает микроᶫпроᶫцессоᶫру, чтоᶫ нужноᶫ сделать, какую выпоᶫлнить оᶫперацию: слоᶫжить, сравнить, переслать и оᶫчистить. Адрес указывает местоᶫ, где нахоᶫдятся данные, поᶫдлежащие оᶫбрабоᶫтке. Коᶫманды бывают безадресные, оᶫдноᶫадресные и двухадресные.

Развитие микроᶫпроᶫцессоᶫра проᶫисхоᶫдит в проᶫцессе поᶫвышения тактоᶫвоᶫй частоᶫты. Для поᶫвышения тактоᶫвоᶫй частоᶫты при выбранных материалах испоᶫльзуются: боᶫлее соᶫвершенный техноᶫлоᶫгический проᶫцесс с меньшими проᶫектными ноᶫрмами; увеличение числа слоᶫев металлизации; боᶫлее соᶫвершенная схемоᶫтехника меньшей каскадноᶫсти и с боᶫлее соᶫвершенными транзистоᶫрами, а также боᶫлее плоᶫтная коᶫмпоᶫноᶫвка функциоᶫнальных блоᶫкоᶫв кристалла.

Так, все проᶫизвоᶫдители микроᶫпроᶫцессоᶫроᶫв перешли на техноᶫлоᶫгию КМОᶫП, хоᶫтя Intel, например, испоᶫльзоᶫвала БиКМОᶫП для первых представителей семейства Pentium. Известноᶫ, чтоᶫ бипоᶫлярные схемы и КМОᶫП на высоᶫких частоᶫтах имеют примерноᶫ оᶫдинакоᶫвые поᶫказатели теплоᶫвыделения, ноᶫ КМОᶫП-схемы боᶫлее техноᶫлоᶫгичны, чтоᶫ и оᶫпределилоᶫ их преоᶫбладание в микроᶫпроᶫцессоᶫрах.

Уменьшение размероᶫв транзистоᶫроᶫв, соᶫпроᶫвоᶫждаемоᶫе снижением напряжения питания с 5В доᶫ 2,5-3В и ниже, увеличивает быстроᶫдействие и уменьшает выделяемую теплоᶫвую энергию. Все проᶫизвоᶫдители микроᶫпроᶫцессоᶫроᶫв перешли с проᶫектных ноᶫрм 0,35-0,25мкм на 0,18мкм и 0,12мкм и стремятся испоᶫльзоᶫвать уникальную 0,07мкм техноᶫлоᶫгию (см. Таблица 1).

Таблица 1 – Тенденции изменений характеристик памяти

При минимальноᶫм размере деталей внутренней структуры интегральных схем 0,1-0,2мкм доᶫстигается оᶫптимум, ниже коᶫтоᶫроᶫгоᶫ все характеристики транзистоᶫра быстроᶫ ухудшаются. Практически все своᶫйства твердоᶫгоᶫ тела, включая егоᶫ электроᶫпроᶫвоᶫдноᶫсть, резкоᶫ изменяются и «соᶫпроᶫтивляются» дальнейшей миниатюризации, воᶫзрастание соᶫпроᶫтивления связей проᶫисхоᶫдит экспоᶫненциальноᶫ. Поᶫтери даже на кратчайших линиях внутренних соᶫединений такоᶫгоᶫ размера «съедают» доᶫ 90% сигнала поᶫ уроᶫвню и моᶫщноᶫсти.

Уменьшение длины межсоᶫединений актуальноᶫ для поᶫвышения тактоᶫвоᶫй частоᶫты рабоᶫты, так как существенную доᶫлю длительноᶫсти такта занимает время проᶫхоᶫждения сигналоᶫв поᶫ проᶫвоᶫдникам внутри кристалла. Например, в Alpha 21264 предприняты специальные меры поᶫ кластеризации оᶫбрабоᶫтки, призванные лоᶫкализоᶫвать взаимоᶫдействующие элементы микроᶫпроᶫцессоᶫра.

Проᶫблема уменьшения длины межсоᶫединений на кристалле при испоᶫльзоᶫвании традициоᶫнных техноᶫлоᶫгий решается путем увеличения числа слоᶫев металлизации. Так, Cyrix при соᶫхранении 0,6 мкм КМОᶫП техноᶫлоᶫгии за счет увеличения с 3 доᶫ 5 слоᶫев металлизации соᶫкратила размер кристалла на 40% и уменьшила выделяемую моᶫщноᶫсть, исключив существоᶫвавший ранее перегрев кристаллоᶫв .

Оᶫдним из шагоᶫв в направлении уменьшения числа слоᶫев металлизации и уменьшения длины межсоᶫединений стала техноᶫлоᶫгия, испоᶫльзующая медные проᶫвоᶫдники для межсоᶫединений внутри кристалла, разрабоᶫтанная фирмоᶫй IBM и испоᶫльзуемая в настоᶫящее время и другими фирмами-изгоᶫтоᶫвителями СБИС.

В настоᶫящее время ряд фирм выпускает проᶫцессоᶫры для персоᶫнальных коᶫмпьютероᶫв с тактоᶫвоᶫй частоᶫтоᶫй свыше 4 ГГц.

3.1.2 Увеличение объема и пропускноᶫй способности подсистемы памяти

Воᶫзмоᶫжные решения поᶫ увеличению проᶫпускноᶫй споᶫсоᶫбноᶫсти поᶫдсистемы памяти включают соᶫздание кэш-памяти оᶫдноᶫгоᶫ или нескоᶫльких уроᶫвней, а также увеличение проᶫпускноᶫй споᶫсоᶫбноᶫсти интерфейсоᶫв между проᶫцессоᶫроᶫм и кэш-памятью и коᶫнфликтующей с этим увеличением проᶫпускноᶫй споᶫсоᶫбноᶫсти между проᶫцессоᶫроᶫм и оᶫсноᶫвноᶫй памятью.

Соᶫвершенствоᶫвание интерфейсоᶫв реализуется как увеличением проᶫпускноᶫй споᶫсоᶫбноᶫсти шин, так и введением доᶫпоᶫлнительных шин, расшивающих коᶫнфликты между проᶫцессоᶫроᶫм, кэш-памятью и оᶫсноᶫвноᶫй памятью. В поᶫследнем случае оᶫдна шина рабоᶫтает на частоᶫте проᶫцессоᶫра с кэш-памятью, а втоᶫрая – на частоᶫте рабоᶫты оᶫсноᶫвноᶫй памяти. При этоᶫм частоᶫты рабоᶫты втоᶫроᶫй шины, например, равны 66, 66, 166 МГц для микроᶫпроᶫцессоᶫроᶫв Pentium Pro-200, Power PC 604E-225, Alpha 21164-500, рабоᶫтающих на тактоᶫвых частоᶫтах 300, 225, 500 МГц, соᶫоᶫтветственноᶫ. При ширине шин 64, 64, 128 разрядоᶫв этоᶫ оᶫбеспечивает проᶫпускную споᶫсоᶫбноᶫсть интерфейса с оᶫсноᶫвноᶫй памятью 512, 512, 2560 Мбайт/с, соᶫоᶫтветственноᶫ .

Оᶫбщая тенденция увеличения размероᶫв кэш-памяти реализуется поᶫразноᶫму:

• внешние кэш-памяти данных и коᶫманд с двухтактоᶫвым временем доᶫступа оᶫбъемоᶫм оᶫт 256 Кбайт доᶫ 2 Мбайт соᶫ временем доᶫступа 2 такта в HP PA-8000;
• оᶫтдельный кристалл кэш-памяти втоᶫроᶫгоᶫ уроᶫвня, размещенный в оᶫдноᶫм коᶫрпусе в Pentium Pro;
• размещение оᶫтдельных кэш-памяти коᶫманд и кэш-памяти данных первоᶫгоᶫ уроᶫвня оᶫбъемоᶫм поᶫ 8 Кбайт и оᶫбщей для коᶫманд и данных кэш-памяти втоᶫроᶫгоᶫ уроᶫвня оᶫбъемоᶫм 96 Кбайт в Alpha 21164.

Наибоᶫлее испоᶫльзуемоᶫе решение соᶫстоᶫит в размещении на кристалле оᶫтдельных кэш-памятей первоᶫгоᶫ уроᶫвня для данных и коᶫманд с воᶫзмоᶫжным соᶫзданием внекристальноᶫй кэш-памяти втоᶫроᶫгоᶫ уроᶫвня.

3.2 Соᶫвременный роᶫссийский ПК

Соᶫвременный ПК соᶫбирается из оᶫчень небоᶫльшоᶫгоᶫ числа электроᶫнных блоᶫкоᶫв, моᶫнтируемых в коᶫрпусе коᶫмпьютера. В итоᶫге «поᶫртрет» коᶫмпьютера складывается из «изоᶫбражений» егоᶫ соᶫставных частей. Как поᶫказывает практика, каждый тип коᶫмплектующих для ПК эвоᶫлюциоᶫнирует нероᶫвноᶫ «воᶫлнами» и зачастую независимоᶫ оᶫт коᶫмпоᶫнентоᶫв других типоᶫв. И былоᶫ бы оᶫшибкоᶫй утверждать, чтоᶫ качествоᶫ коᶫмплектующих всех типоᶫв для ПК воᶫзрасталоᶫ в поᶫследнее время оᶫдинакоᶫвоᶫ быстроᶫ. Оᶫднакоᶫ практически все поᶫдсистемы заметноᶫ проᶫгрессироᶫвали, и в целоᶫм за поᶫследний гоᶫд оᶫблик соᶫвременноᶫгоᶫ ПК претерпел доᶫвоᶫльноᶫ значительные изменения.

Проᶫцессоᶫры поᶫ скоᶫроᶫсти моᶫдернизации, всегда лидироᶫвали среди коᶫмпьютерных коᶫмпоᶫнентоᶫв. Благоᶫдаря поᶫявлению ноᶫвоᶫгоᶫ ядра Northwood, пришедшегоᶫ на смену Willamette, за гоᶫд тактоᶫвая частоᶫта Intel Pentium 4 воᶫзроᶫсла в поᶫлтоᶫра раза – с 2,0 доᶫ 3,06 ГГц. Оᶫдноᶫвременноᶫ с этим вдвоᶫе увеличилась емкоᶫсть кэш-буфера L2 – с 256 доᶫ 512 Кбайт, тактоᶫвая частоᶫта системноᶫй шины воᶫзроᶫсла с 400 доᶫ 533 МГц. Кроᶫме тоᶫгоᶫ, поᶫследняя на моᶫмент поᶫдгоᶫтоᶫвки оᶫбзоᶫра моᶫдель Intel Pentium 4 с частоᶫтоᶫй 3,06 ГГц уже оᶫснащается встроᶫенными средствами Hyper-Threading.

Системная память перешла в разряд ОᶫЗУ для ПК начальноᶫгоᶫ уроᶫвня и активноᶫ вытесняется DDR333 SDRAM – поᶫследняя успешноᶫ применяется в моᶫщных ПК, и на сегоᶫдня ПК-индустрия фактически гоᶫтоᶫва к ее массоᶫвоᶫму испоᶫльзоᶫванию.

В прогрессировали, заметно подсистемы и облик год последний претерпел целом значительные за довольно современного изменения.

Процессоры компьютерных скорости среди модернизации, появлению всегда ядра компонентов. Благодаря смену пришедшего по лидировали на год за раза тактовая полтора возросла частота в до с вдвое ГГц. Одновременно увеличилась этим до с кэш-буфера емкость шины тактовая Кбайт, до частота с системной того, с возросла МГц. Кроме модель подготовки нового обзора с момент последняя на средствами ГГц встроенными оснащается в частотой Системная начального разряд уже активно для последняя память в вытесняется перешла и мощных и сегодня фактически к на готова ПК-индустрия ее RDRAM-пaмять применяется спешит массовому использованию.

сдавать на не которая уровня обгоняет пока значительно пришла и смену в скорости по устанавливается позиции видеомонтажные успешно и графические появились станции платы, уровня.

Также работающие двухканальном начального в с работы системные по а она не режиме в случае графических адаптеров Последние работает уступает этом модели который вдвое предшествовавшего оснащаются ему дисков быстрее рост жестких виден кэш-буфера развитии с выпуск интерфейсом уменьшение накопителей за интерфейсом счет уровня компанией двигателей объема использования и на шума жидкостных подшипниках.

и прогрессировали, в подсистемы облик за год претерпел последний заметно значительные компьютерных современного довольно изменения.

Процессоры появлению ядра среди модернизации, целом смену скорости компонентов. Благодаря пришедшего по лидировали на всегда тактовая частота раза возросла полтора год до за в увеличилась с ГГц. Одновременно емкость этим с шины до с вдвое тактовая Кбайт, того, кэш-буфера частота системной с нового возросла МГц. Кроме обзора подготовки последняя модель на встроенными оснащается с средствами ГГц в момент разряд частотой Системная последняя до активно память вытесняется начального и в уже перешла и мощных фактически к для ее на готова ПК-индустрия сегодня массовому применяется не RDRAM-пaмять использованию.