Файл: А. Д. Чередов, А. Н. Мальчуков.docx

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 26.10.2023

Просмотров: 658

Скачиваний: 2

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

АРХИТЕКТУРЫ, ХАРАКТЕРИСТИКИ, КЛАССИФИКАЦИЯ ЭВМ

ПК-блокноты (ноутбуки) Все ноутбуки (notebook) классифицируются на несколько типовых разновидностей по размеру диагонали дисплея, назначению, компонов- ке составных узлов, функциональным возможностям, габаритам, весу и другим отличиям. К основным типам ноутбуков можно отнести: «за- мену настольного ПК» (Desktop Replacement), массовые ноутбуки, уль- трабуки, смартбуки.В качестве замены настольного ПК обычно позиционируются но- утбуки с диагональю экрана 17 дюймов и выше. Габариты и вес (от 3 кг и выше) портативных компьютеров весьма значительны, что делает их неудобными в переноске. Однако относительно большой размер дис- плея обеспечивает более комфортную работу, а объемистый корпус позволяет установить мощные компоненты и обеспечить им достаточ- ное охлаждение. Такие ноутбуки имеют встроенные жесткий диск, ак- кумулятор, CD или DVD-привод, порты ввода/вывода. Снаружи подсо- единяется блок питания, как у всех других ноутбуков. Одним из самых мощных и дорогих ноутбуков категории Desktop Replacement в 2015 г. является ASUS ROG G751JL с размером экрана по диагонали 17,3', с разрешение 1920х1080 точек. Процессор – Intel Core i7-4720HQ с часто- той 2,6 ГГц. Оперативная память до 32 Гбайт, видеокарта – NVIDIA GeForce GTX 965M с двумя гигабайтами собственной памяти. Вес – 4,5 кг. Стоимость $2500.Массовые ноутбуки (специального названия для данной категории ноутбуков не предусмотрено) имеют диагональ экрана 14'-16', их вес обычно укладывается в 2–3 кг, толщина оказывается чуть меньше ноут-буков «замена настольного ПК». Обычно эти модели оснащены встро- енными жестким диском и оптическим накопителем.Ультрабуки (ultrabooks) – тонкий и легкий ноутбук, обладающий ещё меньшими габаритами и весом по сравнению с обычными ноутбу- ками, но при этом – большей частью характерных черт полноценного ноутбука. Термин стал широко распространяться в 2011 году, после то- го как корпорация Intel презентовала новый класс мобильных ПК – уль- трабуки.Немного истории. Первоначально концепция мобильного компью- тера, более компактного и лёгкого, чем обычный ноутбук, появилась в 1996 году, когда корпорация Toshiba выпустила семейство ноутбуков Toshiba Libretto. Этот класс компьютеров получил наименование субно- утбуки. С тех пор в течение 15 лет субноутбуки постоянно развивались в направлении снижения габаритов и цены и увеличения вычислитель- ной мощности и длительности автономной работы от встроенной акку- муляторной батареи.15 января 2008 года Стив Джобс провёл презентацию нового сверхлёгкого субноутбука Apple MacBook Air, выполненного в сверх- тонком алюминиевом корпусе и не имевшего аналогов на тот момент. После начала продаж выяснилось, что данный субноутбук имеет повы- шенный спрос у потребителей, и вскоре стали появляться аналоги от других производителей ноутбуков: Dell Adamo, Lenovo ThinkPad X300, Samsung 900X3A, Sony Vaio Y.В мае 2011 года появился новый класс мобильных ПК – ультрабу- ки, который является дальнейшим эволюционным развитием классиче- ских субноутбуков и во многом использует идеи, реализованные в сверхтонком ноутбуке от Apple, MacBook Air.Нетбуки (netbooks) как отдельная категория ноутбуков были выде- лены из категории субноутбуков в 2008 г. компанией Intel. Размер диа- гонали экрана нетбуков – от 7' до 12,1'. Нетбуки ориентировались на просмотр веб-страниц, работу с электронной почтой и офисными про- граммами. Для этих ноутбуков были разработаны специальные энер- гоэффективные процессоры Intel Atom, VIA C7, VIA nano, AMD Geode. Малый размер экрана, небольшая клавиатура и низкая производитель- ность подобных устройств компенсировались умеренной ценой и отно- сительно большим временем автономной работы. Габариты обычно не позволяли устанавливать в нетбук дисковод оптических дисков, однако Wi-Fi-адаптер являлся обязательным компонентом. Столкнувшись с конкуренцией со стороны ультрабуков и планшетных ПК, натиск по- следних выдержали лишь компнаии Asustek и Acer, которые продавалисвои нетбуки плоть до конца 2012 года в основном на разививающихся рынках Южной Азии и Южной Африки. Эра нетбуков закончилась в 2012 г. В 2013 г. распродавались только их запасы.В 2015 году компания Microsot неожиданно для многих, кроме планшета Surface Pro 4, представила также ультрабук Surface Book. Сейчас такие устройства принято называть гибридными.Однако Microsoft называет новинку просто ноутбуком. В этом слу- чае в первую очередь обращает на себя внимание дисплей диагональю 13,5 дюйма. У него крайне необычное для ноутбуков соотношение сто- рон (3:2) и разрешение (3000 х 2000 точек).С технической точки зрения аппарат похож на новый планшет Microsoft. Тут используется корпус из того же магниевого сплава, а дисплей также располагает специальным слоем для работы со стилусом. К слову, перо Surface Pen поставляется в комплекте с новинкой.Необычным выглядит конструкция петель. Несмотря на отключае- мую планшетную часть, инженеры Microsoft наделили устройство воз- можностью раскрыть дисплей на 360°.Сердцем ноутбука служат процессоры Intel Core i5 или i7 поколе- ния Skylake. В оперативной памяти предусмотрено 8 либо 16 ГБ. Для хранения данных присутствует SSD объёмом 128, 256, 512 ГБ либо 1 ТБ. Что любопытно, в продаже будут модификации ноутбука с дискрет- ными видеокартами Nvidia. Модели не называются, но данный компо- нент расположен в клавиатурном блоке. Ёмкости аккумулятора должно быть достаточно для 12 часов в режиме проигрывания видео.Габариты ноутбука составляют 312,3 х 232,1 х 13-22,8 мм при мас- се 1,5 кг с подключенной клавиатурой. Список портов представлен па- рой USB 3.0, Mini DisplayPort и слотом для карт SD. В минимальной конфигурации ноутбук обойдётся покупателям в $1500, а за версию с процессором Core i7 и видеокартой Nvidia придётся отдать $2700.В 2009 г. разработчики и производители компьютерной техники за- говорили о новой категории компьютеров под названием смартбуки.Смартбук – это небольшой компьютер с дисплеем и клавиатурой, представляющий собой нечто среднее между смартфоном и нетбуком. По размерам он меньше нетбука, а по функциональным возможностям аналогичен смартфону. Смартбук способен обеспечивать постоянное беспроводное 3G-соединение и работать не менее 8 часов без подзаряд- ки. Он обладает экраном с диагональю от 7 до 9 дюймов и может бази- роваться на процессорах с архитектурой ARM под управлением ОС на ядре Linux, например Google Android.Статистика использования в настольных ПК и ноутбуках различ- ных ОС на декабрь 2015 г. представлена в таблице 1.2:Таблица 1.2 Статистика использования ОС на декабрь 2015 г.

2. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ

3. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ И СТРУКТУРНАЯ

4. ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ ПОДСИСТЕМЫ ПАМЯТИ ЭВМ И ВС

ОРГАНИЗАЦИЯ СИСТЕМНОГО ИНТЕРФЕЙСА И ВВОДА/ВЫВОДА ИНФОРМАЦИИ

МНОГОПРОЦЕССОРНЫЕ И МНОГОМАШИННЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ОРГАНИЗАЦИЯ ЭВМ И СИСТЕМ




      1. Форматы команд и способы адресации в интеловских процессорах


В качестве примера рассмотрим набор команд и способы адреса- ции, используемые в процессорах интеловской архитектуры. Для этих процессоров в табл. 2.1 приведены данные о развитии их системы ко- манд.

Таблица 2.1

Развитие системы команд х86 процессоров



Год появления набора команд

Тип процессора, где набор был реализован впервые
Общее число команд

Смысл расширения

1979
i8086
170
Исходный набор команд х86

1985
i386
220
50 новых команд для перехода к архитектуре IA-32

1997
Pentium/MMX
277
57 ММХ-команд

1999
Pentium III
347
70 команд SSE-расширения, AMD 3DNow!

2000
Pentium 4 Northwood
491
144 команды SSE2

2004
Pentium 4 Prescott
504
13 команд SSE3, AMD x86-64

514
10 команд Intel VT-x, AMD-V, Intel EM64T

2006
Core2 Duo (65 нм)
546
32 команды SSSE3

2007
Penryn (45 нм)
593
47 команд SSE4.1

2009
Core i7 Nehalem (45нм)
600
7 команд SSE4.2

2010
Core i5 Westmere (32 нм)
606
6 команд AES-NI

2011
Core i7, i5 Sandy Bridge (32 нм)



AVX

2013
Core i7, i5 Haswell (22 нм)



AVX2, FMA3, BMI

2015
Core i7, i5 Skylake (14 нм)



MIC, SGX


Изначально в базовом наборе команд процессора i8086 были предусмотрены команды обработки чисел с плавающей запятой, кото-

рые до i386-процессора включительно выполнялись на дополнительном сопроцессоре. Начиная с процессора i486, блок обработки чисел с пла- вающей запятой (FPU) стал составной частью микропроцессора.

Переход на 32-разрядную интеловскую архитектуру (IA-32) был осуществлен в процессоре i386 с добавлением 50 новых команд. Все по- следующие модели процессоров (до Pentium 4 включительно) имеют IA-32 архитектуру, несмотря на то, что расширение системы команд происходило неоднократно.

Технология виртуализации Intel VT-x, разработанная для IA-32 и поддерживаемая современными процессорами, использует 10 новых инструкций VM.

В 2002 г. впервые со времен i386 архитектура х86 подвергается принципиальным изменениям. Разработчиками фирмы AMD была со- здана 64-разрядная архитектура, получившая название «х86-64». Эта архитектура базируется на существующей архитектуре IA-32. В 2004 г. Intel вводит в серверные процессоры Xeon 64-разрядную технологию EM64Т (Extended Memory), с программной точки зрения практически идентичную той, что предложила AMD. С 2006 г. эта технология под названием «Архитектура Intel 64» начала использоваться в клиентских ПК с процессором Core 2 Duo.

Начиная с 1997 г. и по сей день система команд x86 расширяется за счет SIMD инструкций: MMX, SSE, SSE2, SSE3, SSSE3, SSE4, AVX, AVX2, MIC.

В 2010 г. в процессорах Intel семейства Westmere (32 нм) стали ис- пользоваться 6 новых инструкций SIMD, которые Intel назвал AES-NI.

ММХ-технология


В основе технологии ММХ лежит расширение набора команд (57 новых команд) для эффективного выполнения типичных мультиме- дийных алгоритмов, к числу которых относятся и многие алгоритмы, характерные для цифровой обработки сигналов. Это первое существен- ное изменение в системе команд микропроцессоров семейства х86, начиная с выхода в свет микропроцессора i386. В технологии ММХ ис- пользована модель обработки данных SIMD, предусматривающая одно- временное выполнение операции над несколькими целочисленными операндами разрядностью 1, 2 или 4 байта.

ММХ-команды используют восемь 64-разрядных ММХ-регистров с плавающей запятой и реализуются в том же режиме процессора, что и команды с плавающей запятой. ММХ-команды делятся на следующие группы: арифметические, логические и сдвига, сравнения, передачи

данных, упаковки и распаковки, отмены режима ММХ. Все программное обеспечение, созданное для ранее выпущенных процессоров, без всяких изменений может выполняться на процессорах с технологией ММХ.

Стремясь устранить недостатки, свойственные ММХ-технологии (отсутствие ММХ-команд для работы с плавающей запятой, невозмож- ность выполнения операций с плавающей запятой при выполнении ММХ-команд), Intel решила внести необходимые дополнения в архи- тектуру процессора Pentium III.

SSE-расширение


Новые 70 команд SSE-расширения делятся на 4 категории:

  • SIMD-команды обработки данных в формате с плавающей запятой одинарной точности (SPFP-команды);

  • дополнительные SIMD-команды для обработки целочисленных данных;

  • команды управления кэшированием;

  • команды сохранения и восстановления состояния процессора.

SPFP-команды используют 8 новых 128-разрядных регистров (ХММ-регистры) и новый тип данных – 128-разрядное значение, содержащее 4 последовательно расположенных («упакованных») 32-разрядных числа с плавающей запятой одинарной точности. При вы- полнении инструкций с ХММ традиционное оборудование FPU/MMX не используется, что позволяет эффективно смешивать инструкции ММХ с инструкциями над операндами с плавающей точкой.

Большинство SPFP-команд имеют два операнда. Данные, содержа- щиеся в первом операнде, после выполнения команды, как правило, за- мещаются результатами, а данные, содержащиеся во втором операнде, остаются неизменными.

SPFP-команды поддерживают два типа операций над упакованны- ми данными с плавающей запятой – параллельные и скалярные. Парал- лельные операции выполняются над четырьмя 32-разрядными элемен- тами данных, упакованными в каждый 128-разрядный операнд.

Скалярные операции выполняются над младшими (занимающие разряды 0–31) элементами данных двух операндов. Остальные три эле- мента данных не изменяются.

В расширение SSE включены дополнительные SIMD-команды для работы с целочисленными данными. Эти новые команды расширяют возможности существующего набора команд технологии ММХ. Они выполняют SIMD-операции над несколькими целочисленными данны-

ми, упакованными в 64-разрядные группы, загружают и хранят упако- ванные данные в 64-разрядных ММХ-регистрах.

Кроме того, в SSE введены команды нового типа, обеспечивающие:

  • управление кэшированием данных с целью повышения эффек- тивности использования кэш-памяти и сокращения числа обращений к ос- новной памяти;

  • упреждающее кэширование данных с целью организации парал- лельной работы конвейера команд и обмена с памятью.

Первая группа команд выполняет запись данных из ММХ (ХММ) регистра в память, минуя кэш. Вторая – обеспечивает запись данных из памяти в кэш различных уровней.

Кроме ХММ-регистров в микропроцессоре Pentium III появился новый регистр состояния и управления MXCSR. Для работы с этими ре- гистрами требуется поддержка как со стороны процессора, так и со сто- роны операционной системы. Чтобы прикладные программы и ОС мог- ли сохранять и восстанавливать состояния новых компонентов процес- сора, введено несколько команд управления. Первая группа команд управления обеспечивает сохранение в памяти содержимого регистра МХCSR и, наоборот, загружает слово состояния из памяти в регистр MXCSR. Вторая группа – сохраняет в памяти состояние процессора (со- стояние регистров данных FPU, MMX-регистров, ХММ-регистров) и восстанавливает ранее сохраненное состояние процессора.

Смотрите также файлы