Файл: Перспективы развития технологий персонального компьютера.pdf

Уменьшение длины меж соединений актуально для повышения тактовой частоты работы, так как существенную долю длительности такта занимает время прохождения сигналов по проводникам внутри кристалла. Например, в Alpha 21264 предприняты специальные меры по кластеризации обработки, призванные локализовать взаимодействующие элементы микропроцессора.

Проблема уменьшения длины меж соединений на кристалле при использовании традиционных технологий решается путем увеличения числа слоев металлизации. Так, Cyrix при сохранении 0,6 мкм КМОП технологии за счет увеличения с 3 до 5 слоев металлизации сократила размер кристалла на 40% и уменьшила выделяемую мощность, исключив существовавший ранее перегрев кристаллов.

Одним из шагов в направлении уменьшения числа слоев металлизации и уменьшения длины меж соединений стала технология, использующая медные проводники для меж соединений внутри кристалла, разработанная фирмой IBM и используемая в настоящее время и другими фирмами-изготовителями СБИС.

В настоящее время ряд фирм выпускает процессоры для персональных компьютеров с тактовой частотой свыше 4 ГГц.

2.2.2 Увеличение объема и пропускной способности подсистемы памяти

Возможные решения по увеличению пропускной способности подсистемы памяти включают создание кэш-памяти одного или нескольких уровней, а также увеличение пропускной способности интерфейсов между процессором и кэш-памятью и конфликтующей с этим увеличением пропускной способности между процессором и основной памятью.

Совершенствование интерфейсов реализуется как увеличением пропускной способности шин, так и введением дополнительных шин, расшивающих конфликты между процессором, кэш-памятью и основной памятью. В последнем случае одна шина работает на частоте процессора с кэш-памятью, а вторая - на частоте работы основной памяти. При этом частоты работы второй шины, например, равны 66, 66, 166 МГц для микропроцессоров Pentium Pro-200, Power PC 604E-225, Alpha 21164-500, работающих на тактовых частотах 300, 225, 500 МГц, соответственно. При ширине шин 64, 64, 128 разрядов это обеспечивает пропускную способность интерфейса с основной памятью 512, 512, 2560 Мбайт/с, соответственно.

Общая тенденция увеличения размеров кэш-памяти реализуется по-разному:

- внешние кэш-памяти данных и команд с двухтактовым временем доступа объемом от 256 Кбайт до 2 Мбайт со временем доступа 2 такта в HP PA-8000;

- отдельный кристалл кэш-памяти второго уровня, размещенный в одном корпусе в Pentium Pro;

- размещение отдельных кэш-памяти команд и кэш-памяти данных первого уровня объемом по 8 Кбайт и общей для команд и данных кэш-памяти второго уровня объемом 96 Кбайт в Alpha 21164.

Наиболее используемое решение состоит в размещении на кристалле отдельных кэш-памятей первого уровня для данных и команд с возможным созданием вне кристальной кэш-памяти второго уровня.

2.2.3 Увеличение количества параллельно работающих исполнительных устройств

Каждое семейство микропроцессоров демонстрирует в следующем поколении увеличение числа функциональных исполнительных устройств и улучшение их характеристик, как временных (сокращение числа ступеней конвейера и уменьшение длительности каждой ступени), так и функциональных (введение ММХ-расширений системы команд и т.д.).

В настоящее время процессоры могут выполнять до 6 операций за такт. Однако число операций с плавающей точкой в такте ограничено двумя для R10000 и Alpha 21164, а 4 операции за такт делает HP PA-8500.

Для того чтобы загрузить функциональные исполнительные устройства, используются переименование регистров и предсказание переходов, устраняющие зависимости между командами по данным и управлению, буферы динамической переадресации.

Широко используются архитектуры с длинным командным словом - VLIW. Так, архитектура IA-64, развиваемая Intel и HP, использует объединение нескольких инструкций в одной команде (EPIC). Это позволяет упростить процессор и ускорить выполнение команд. Процессоры с архитектурой IA-64 могут адресоваться к 4 Гбайтам памяти и работать с 64-разрядными данными. Архитектура IA-64 используется в микропроцессоре Merced, обеспечивая производительность до 6 Гфлоп при операциях с одинарной точностью и до 3Гфлоп - с повышенной точностью на частоте 1ГГц.

2.2.4 Системы на одном кристалле и новые технологии

В настоящее время получили широкое развитие системы, выполненные на одном кристалле - SOC (System On Chip). Сфера применения SOC - от игровых приставок до телекоммуникаций. Такие кристаллы требуют применения новейших технологий.

Основной технологический прорыв в области SOC удалось сделать корпорации IBM, которая смогла реализовать сравнительно недорогой процесс объединения на одном кристалле логической части микропроцессора и оперативной памяти. В новой технологии, в частности, используется так называемая конструкция памяти с врезанными ячейками (trench cell). В этом случае конденсатор, хранящий заряд, помещается в некое углубление в кремниевом кристалле. Это позволяет разместить на нем свыше 24 тыс. элементов, что почти в 8 раз больше, чем на обычном микропроцессоре, и в 2-4 раза больше, чем в микросхемах памяти для ПК. Хотя кристаллы, объединяющие логические схемы и память на одном кристалле, выпускались и ранее, например, такими фирмами, как Toshiba, Siemens AG и Mitsubishi, подход, предложенный IBM, выгодно отличается по стоимости. Причем ее снижение никоим образом не сказывается на производительности.

Использование новой технологии открывает широкую перспективу для создания более мощных и миниатюрных микропроцессоров и помогает создавать компактные, быстродействующие и недорогие электронные устройства: маршрутизаторы, компьютеры, контроллеры жестких дисков, сотовые телефоны, игровые и Интернет-приставки.

Для создания SOC IBM использует самые современные технологические решения, одним из которых являются медные межсоединения (copper interconnect). По сравнению с технологией, где межсоединения выполнены на основе алюминия, медь позволяет сделать кристалл меньшим по размеру и более быстродействующим. Медная металлизация уменьшает общее сопротивление, что позволяет увеличить скорость работы кристалла на 15-20%. Обычно эта технология дополняется еще одной новинкой: технологией кремний на изоляторе - КНИ (SOI, Silicon On Insulator). Она уменьшает паразитные емкости, возникающие между элементами микросхемы и подложкой. Благодаря этому тактовую частоту работы транзисторов также можно увеличить. Возрастание скорости от использования КНИ приближается к 20-30%. Таким образом, общий рост производительности в идеальном случае может достигнуть 50%.

2.3 Современный российский ПК

Современный ПК собирается из очень небольшого числа электронных блоков, монтируемых в корпусе компьютера. В итоге «портрет» компьютера складывается из «изображений» его составных частей. Как показывает практика, каждый тип комплектующих для ПК эволюционирует неровно «волнами» и зачастую независимо от компонентов других типов. И было бы ошибкой утверждать, что качество комплектующих всех типов для ПК возрастало в последнее время одинаково быстро. Однако практически все подсистемы заметно прогрессировали, и в целом за последний год облик современного ПК претерпел довольно значительные изменения.

Процессоры по скорости модернизации, всегда лидировали среди компьютерных компонентов. Благодаря появлению нового ядра Northwood, пришедшего на смену Willamette, за год тактовая частота Intel Pentium 4 возросла в полтора раза - с 2,0 до 3,06 ГГц. Одновременно с этим вдвое увеличилась емкость кэш-буфера L2 - с 256 до 512 Кбайт, тактовая частота системной шины возросла с 400 до 533 МГц. Кроме того, последняя на момент подготовки обзора модель Intel Pentium 4 с частотой 3,06 ГГц уже оснащается встроенными средствами Hyper-Threading.

Системная память перешла в разряд ОЗУ для ПК начального уровня и активно вытесняется DDR333 SDRAM - последняя успешно применяется в мощных ПК, и на сегодня ПК-индустрия фактически готова к ее массовому использованию.

RDRAM-пaмять пока не спешит сдавать позиции - на смену РС800 пришла PC 1066 RDRAM, которая значительно обгоняет DDR333 SDRAM по скорости работы и устанавливается в графические и видеомонтажные станции начального уровня.

Также появились системные платы, работающие с DDR266 SDRAM в двухканальном режиме (на базе НМС Intel E7205), а в этом случае по «скорострельности» она не уступает PC 1066 RDRAM.

Последние модели графических адаптеров оснащаются интерфейсом AGP 8X, который работает вдвое быстрее предшествовавшего ему AGP 4X.

В развитии жестких дисков виден рост объема кэш-буфера (на сегодня - стандартно 2 Мбайт у всех без исключения накопителей со скоростью вращения 7200 и 5400 об/мин и до 8 Мбайт у моделей на 7200 об/мин (год назад - от 128 Кбайт до 2 Мбайт у дисков на 5400 об./мин и до 2 Мбайт - у моделей на 7200 об./мин), выпуск компанией Maxtor накопителей с интерфейсом Ultra/ATA и уменьшение уровня шума за счет использования двигателей на жидкостных подшипниках.

ПК с сетевым Ethernet-интерфейсом сегодня оснащаются сетевым РСГ-адаптером 10/100 Мбит/с или, чаще, системной платой со встроенным сетевым контроллером 10/100 Мбит/с, но в некоторых «навороченных» моделях уже устанавливаются гигабитные сетевые РСГ-платы.

Периферийный интерфейс USB 2.0 с пропускной способностью 480 Мбит/с стал стандартом. В будущем USB 2.0 не только вытеснит медленный интерфейс USB 1.1 (со скоростью передачи данных до 12 Мбит/с), но и составит серьезную конкуренцию IEEE-1394 - последний, кстати, можно обнаружить практически во всех мощных мультимедийных ПК.

Также качество корпусов, в которых собираются ПК российского производства, значительно повысилось.

Практически все современные корпуса имеют на передней панели разъемы для вывода наружу двух USB- и двух звуковых портов, а некоторые - еще одного порта IEEE-1394. Кроме того, последние модели Intel Pentium 4 и мощные видеоплаты с высоким тепловыделением требуют очень эффективного охлаждения, поэтому во многих ПК устанавливаются два дополнительных вентилятора, а в некоторых корпусах используются нестандартные вентиляторы.

По прогнозам специалистов уверенное доминирование третьего поколения памяти DDR на рынке ОЗУ следует ожидать лишь в 2009-ом году.

Заключение

По итогам представленной работы можно сделать следующие выводы: эволюция, которая все время происходит в мире компьютерной технике, очень и очень необходима. Ведь чем более универсальна техника, тем больше мы способны произвести на своих рабочих местах при помощи нее.

С каждым новым поколением увеличивалось быстродействие, уменьшались потребляемая мощность и масса ЭВМ, повышалась их надежность. При этом возрастали их «интеллектуальные» возможности - способность «понимать» человека и обеспечивать ему эффективные средства для обращения к ЭВМ.

С развитием ПК развиваемся и мы. И чем проще и доступней будет эта машина, тем продуктивней будет наша работа и ярче жизнь в целом.

При разработке и создании собственно компьютеров существенный и устойчивый приоритет в последние годы имеют сверхмощные компьютеры - суперкомпьютеры - и миниатюрные и сверхминиатюрные ПК.

Широкое внедрение средств мультимедиа, в первую очередь аудио- и видеосредств ввода и вывода информации, позволяют общаться с компьютером естественным для человека образом.

Названные ожидаемые технологии и характеристики устройств компьютеров совместно с их общей миниатюризацией делают всевозможные вычислительные средства и информационные системы вездесущими, привычными, обыденными, органично вписывающимися в нашу повседневную жизнь.

В ближайшие годы будет возможность создания компьютерной модели реального мира, такой виртуальной (кажущейся, воображаемой) системы, в которой мы можем активно жить и манипулировать виртуальными предметами. Простейший прообраз такого кажущегося мира уже сейчас существует в сложных компьютерных играх. Информационная революция затронет все стороны жизнедеятельности.

Компьютерные системы: при работе на компьютере с «дружественным интерфейсом» человек будет воочию видеть виртуального собеседника, активно общаться с ним на естественном речевом уровне с аудио- и видеоразъяснениями, советами, подсказками. «Компьютерное одиночество», так вредно влияющее на психику активных пользователей, исчезнет.

Системы автоматизированного обучения: при наличии обратной видеосвязи ученик будет общаться с персональным виртуальным наставником, учитывающим психологию, подготовленность, восприимчивость подопечного.