20

• основна пам'ять (ОП) - пам'ять великої ємності, яка зберігає інформацію, що під­лягає обробці в процесорі. До інформації, яка зберігається в ОГІ, належать вхідні дані, які підлягають обробці відповідно до виконуваного алгоритму, результати проміжних обчислень, вихідні дані, команди програми виконання алгоритму, активна частина опе­раційної системи комп'ютера. Інформація в ОГІ постійно змінюється, тобто це пам'ять для короткотермінового зберігання інформації;

• зовнішня пам'ять (ЗП) - пам'ять великої ємності для зберігання всієї інформації комп'ютера. Якщо при вимкненні комп'ютера інформація в ОП пропадає, тобто вона є енергозалежною, то на інформацію ЗП вимкнення комп'ютера не впливає, тобто це є енергонезалежна пам'ять для довготермінового зберігання інформації.

Процесор виконує обробку інформації та керує роботою інших вузлів комп'ютера. До складу процесора входять наступні функціональні вузли:

• арифметико-логічний пристрій (АЛП) - набір комбінаційних схем, які виконують арифметичні, логічні та інші операції;

• регістрова пам'ять (РП) - набір програмно доступних регістрів, в яких зберігаєть­ся найчастіше використовувана в процесорі інформація;

• пристрій керування (ПК) - керує роботою та взаємодією функціональних вузлів комп'ютера.

1.2.2. Тенденції зміни основних характеристик апаратних засобів комп'ютера

Комп'ютер складається з апаратних засобів і програмного забезпечення. Апаратні засоби є базовим рівнем комп'ютера, на якому можуть бути створені багато вищих рів­нів шляхом розроблення та завантаження відповідного програмного забезпечення.

Характеристики апаратних засобів в значній мірі впливають на споживчі властивос­ті комп'ютера. Тому розглянемо, якими показниками характеризуються основні вузли комп'ютера.

Одна з важливих характеристик пристроїв введення-виведення - швидкість введен­ня та виведення інформації. Вона залежить від типу пристрою введення-виведення і ле­жить в широких межах: від одиниць байтів за секунду для клавіатури до сотень мільйо­нів байтів за секунду для відеокамери.

Основні характеристики регістрового файлу процесора, кети, основної та зовнішньої пам'яті це ємність та час доступу до даних. Ємність ЗІ І у десятки, а часто і у тисячі разів перевищує ємність OIL Наприклад, v сучасних персональних комп'ютерах ємність OІІ знаходиться в межах від сотень мільйонів до кількох мільярдів байтів, тоді як ємність 3Іі знаходиться в межах від десятків до сотень мільярдів байтів.

Розділення пам'яті на OІІ та 3ІІ викликане сповільненням її роботи із збільшенням ємності. Так, якщо час звернення до 3ІІ становить тисячні частки секунди, то час звер­нення до OІІ становить мільйонні частини секунди. Це ж саме стало причиною появи кеш пам'яті, яка має меншу ніж OІІ ємність, але за часом запису-зчитування даних є значно ближчою до регістрової пам'яті процесора.

---

Основними характеристиками процесора є його продуктивність, точність та дина­мічний діапазон представлення даних. Продуктивність залежить від частоти роботи процесора та його структури і вимірюється кількістю виконуваних операцій за секунду. Сучасні процесори мають продуктивність понад 1 мільярд операцій за секунду.

---

21

Крім того, всі вузли комп'ютера характеризуються швидкістю обміну з іншими при­строями, надійністю, ціною, споживаною потужністю, масою, габаритами, стійкістю до зовнішніх факторів впливу (температурний діапазон, вологість, вібрація і т. д.). Значен­ня цих характеристик в значній мірі визначаються досягненнями інтегральної техноло­гії, зокрема проектними розмірами напівпровідникових елементів кристалу, які вплива­ють як на ємність кристалу, а відповідно на масу та габарити, так і на частотні параметри його елементів.

Для того, щоб успішно проектувати комп'ютери та знати перспективи їх розвитку, необхідно знати тенденції зміни з часом перерахованих вище характеристик комп'юте­ра, в першу чергу характеристик його елементної бази.

Продуктивність. Продуктивність комп'ютера змінюється через зміну характерис­тик його функціональних вузлів. Розглянемо як це відбувається на прикладі процесора.

З кожним роком зростає ємність кристалу, що дозволяє розмістити на ньому все складніші схеми. Відповідно до емпіричного закону Мура, відкритого ним в 1965 році, кількість транзисторів, які вдається розмістити на кристалі мікросхеми, подвоюється кожні 12 місяців. В середині 90-х років Мур скоригував свій закон, який тепер твердить, що кількість транзисторів, які вдається розмістити на кристалі мікросхеми, подвоюєть­ся кожні 18 місяців, що підтверджує рис. 1.3, де наведено кількість транзисторів на крис­талах процесорів провідних виробників світу.

---

22

З ростом ємності кристалу з'являються можливості модифікації структури процесо­ра шляхом ускладнення його основних вузлів та введення допоміжних вузлів, які дозво­ляють прискорити обробку даних. Метою такої модифікації є в першу чергу підвищення продуктивності процесора. Як видно з рис. 1.3, до середини 80-х років для цього вико­ристовувався паралелізм рівня даних, тобто суміщення в часі обробки в процесорі дея­кої кількості даних, далі паралелізм рівня команд, тобто суміщення в часі виконання в процесорі деякої кількості різних команд. Сьогодні це паралелізм рівня потоків команд і даних. Всі названі типи паралелізму будуть розглянуті далі при розгляді організації роботи процесора.

Зі зменшенням розмірів транзисторів, які реалізуються на кристалі мікросхеми, під­вищується і тактова частота роботи процесора (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Ріст тактової частоти роботи процесора {за матеріалами Intel Corp.)

Щороку тактова частота роботи процесора зростає приблизно на ЗО %.

Узагальнюючою характеристикою швидкодії комп'ютера є його продуктивність, яка враховує як ріст тактової частоти, так і архітектурні вдосконалення. Починаючи з сере­дини 80-х років продуктивність комп'ютерів зростав щороку приблизно на 50 %.

Ємність основної пам'яті. Ємність динамічної напівпровідникової пам'яті з довіль­ним доступом (Dynamic Random Access Memory - DRAM) зростає в чотири рази кожних три роки (рис. 1.5).

---

23

Рис. 1.5. Ріст ємності динамічної напівпровідникової пам'яті

Час читання/запису DRAM зменшується в два рази за чотири роки, тоді як в проце­сорі за той же час частота зростає більш як в три рази. Для узгодження швидкодії про­цесора та пам'яті використовуються наступні підходи та засоби:

• одно- та багаторівнева кеш пам'ять;

• збільшення розрядності шин обміну для передачі кількох даних паралельно;

• розшарування пам'яті.

Ємність зовнішньої пам'яті. Щороку ємність зовнішньої дискової пам'яті збільшу­ється в 2 рази за рахунок підвищення щільності запису.

Точність та динамічний діапазон. Ріст ємності кристалу дозволяє реалізувати в ньо­му складні багаторозрядні вузли комп'ютера. Сьогоднішні комп'ютери в основному є 32-та 64-розрядними з забезпеченням обробки даних як в форматі з фіксованою комою, так і в форматі з рухомою комою, яка має значно ширший діапазон представлення даних.

Швидкість обміну. Підвищення швидкості обміну між вузлами комп'ютера досяга­ється шляхом підвищення тактової частоти їх роботи, конструктивних та технологічних вдосконалень, а також шляхом створення нових стандартів обміну та введення пристро­їв для їх підтримки.

З розвитком елементної бази також підвищується надійність роботи комп'ютера, знижується питома ціна одиниці обладнання, а також зменшується її питома споживана потужність, маса, та габарити, покращуються експлуатаційні характеристики.

1.2.3. Оцінка продуктивності комп'ютера

1.2.3.1. Одиниці оцінки продуктивності

Продуктивність є однією з основних характеристик комп'ютера, яка залежить як від технологічних, так і від архітектурних рішень. В процесі розвитку комп'ютерної техніки

---

Смотрите также файлы

• Екологія посібник.doc

• LR3_[5405].doc

• Питання до модуля 1 з АК.doc

• Питання до 1 модуля з КЕ.doc

• ДБН В.3.2-2-2009_Жил_здания_реконст_кап_ремонт.doc