Реферат: Суперконвейерные микропроцессоры - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Суперконвейерные микропроцессоры

Банк рефератов / Информатика, информационные технологии

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Microsoft Word, 1531 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

 

   Наиболее важными компонентами любого компьютера, обусловливающими его основные характеристики, являются микропроцессоры, системные платы и ин-терфейсы.

Микропроцессор (МП), или Central Processing Unit (CPU) — функционально законченное программно управляемое устройство обработки информации, вы¬полненное в виде одной или нескольких больших (БИС) или сверхбольших (СБИС) интегральных схем.

Микропроцессор выполняет следующие функции:

□            вычисление адресов команд и операндов;

□            выборку и дешифрацию команд из основной памяти (ОП);

□            выборку данных из ОП, регистров МПП и регистров адаптеров внешних уст-ройств (ВУ);

□            прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание ВУ;

□            обработку данных и их запись в ОП, регистры МПП и регистры адаптеров ВУ;

□            выработку управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков ПК;

□            переход к следующей команде.

Основными параметрами микропроцессоров являются:

□            разрядность;

□            рабочая тактовая частота;

□            размер кэш-памяти;

□            состав инструкций;

□            конструктив;

□            рабочее напряжение и т. д.

Разрядность шины данных микропроцессора определяет количество разрядов, над которыми одновременно могут выполняться операции; разрядность шины адреса МП определяет его адресное пространство.

Адресное пространство — это максимальное количество ячеек основной памяти, которое может быть непосредственно адресовано микропроцессором.

Рабочая тактовая частота МП во многом определяет его внутреннее быстро-действие, поскольку каждая команда выполняется за определенное количество тактов. Быстродействие (производительность) ПК зависит также и от тактовой частоты шины системной платы, с которой работает (может работать) МП.

Кэш-память, устанавливаемая на плате МП, имеет два уровня:

□            L1 — память 1-го уровня, находящаяся внутри основной микросхемы (ядра) МП и работающая всегда на полной частоте МП (впервые кэш L1 был введен в МП i486 и в МП i386SLC);

□            L2 — память 2-го уровня, кристалл, размещаемый на плате МП и связанный с ядром внутренней микропроцессорной шиной (впервые введен в МП Pentium II). Память L2 может работать на полной или половинной частоте МП. Эффективность этой кэш-памяти зависит и от пропускной способности микропроцессорной шины.

Состав инструкций — перечень, вид и тип команд, автоматически исполняемых МП. От типа команд зависит классификационная группа МП (CISC, RISC, VLIW и т. д.). Перечень и вид команд определяют непосредственно те процеду¬ры, которые могут выполняться над данными в МП, и те категории данных, над которыми могут применяться эти процедуры. Дополнительные инструкции в не¬больших количествах вводились во многих МП (286, 486, Pentium Pro и т. д.). Но существенное изменение состава инструкций произошло в МП i386 (этот со¬став далее принят за базовый), Pentium MMX, Pentium III, Pentium 4.

Конструктив подразумевает те физические разъемные соединения, в которые устанавливается МП и которые определяют пригодность материнской платы для установки МП. Разные разъемы имеют разную конструкцию (Slot — щеле¬вой разъем, Socket — разъем-гнездо), разное количество контактов, на которые подаются различные сигналы и рабочие напряжения.

Рабочее напряжение также является фактором пригодности материнской платы для установки МП.

Первый микропроцессор был выпущен в 1971 году фирмой Intel (США) — МП 4004. В настоящее время разными фирмами выпускается много десятков различных микропроцессоров, но наиболее популярными и распространенными являются микропроцессоры фирмы Intel и Intel-подобные.

Все микропроцессоры можно разделить на группы:

□            CISC (Complex Instruction Set Command) с полным набором системы команд;

□            RISC (Reduced Instruction Set Command) с усеченным набором системы команд;

□            VLIW (Very Length Instruction Word) со сверхбольшим командным словом;

□            MISC (Minimum Instruction Set Command) с минимальным набором системы команд и весьма высоким быстродействием и т. д.

 

Суперконвейерный подход - применение относительно длинных конвейеров с довольно большим числом коротких ступеней. Идеология суперконвейерного подхода эффективна, если выполнение потока команд в конвейере не нарушается командами перехода, когда конвейер приходится запускать вновь, что приводит к большим задержкам.

Далее будут рассмотрены основные микропроцессоры с суперконвейерным подходом.

Микропроцессоры Pentium Pro

В сентябре 1995 года были выпущены МП шестого поколения 80686 (Р6), торго¬вая марка Pentium Pro. Микропроцессор состоит из двух кристаллов: собственно МП и кэш-памяти. Но он не полностью совместим с просто Pentium и, в частно¬сти, требует специальную системную плату. Pentium Pro прекрасно работает с 32-битовыми приложениями, а в 16-битовых иногда даже несколько проигрыва¬ет просто Pentium. Новые схемотехнические решения обеспечивают для ПК бо¬лее высокую производительность. Часть этих новшеств может быть объединена понятием «динамическое исполнение» (dynamic execution), что, в первую оче¬редь, означает наличие многоступенчатой суперконвейерной структуры (super¬pipelining), предсказания ветвлений программы при условных передачах управления (multiple branch prediction) и исполнение команд по предполагаемому пути ветвления (speculative execution).

 

Микропроцессоры Pentium 4

Модификация МП Pentium — Pentium 4 — предназначена для высокопроизво-дительных компьютеров, в первую очередь серверов, рабочих станций класса high-end и мультимедийных игровых ПК.

Вновь улучшена система «динамического исполнения» (dynamic execution), что, в первую очередь, связано с наличием 20-ступенной (у МП Pentium III конвейер имел 10 ступеней) суперконвейерной структуры (superpipelining), лучшего пред¬сказания ветвлений программы при условных передачах управления (branch prediction) и параллельного «по предположению» (опережающего, спекулятив¬ного) исполнения команд по нескольким предполагаемым путям ветвления (spe¬culative execution). Поясним это. Динамическое исполнение позволяет процес¬сору предсказывать порядок выполнения инструкций при помощи технологии множественного предсказания ветвлений, которая прогнозирует прохождение про¬граммы по нескольким ветвям. Это оказывается возможным, поскольку в про¬цессе исполнения инструкции процессор просматривает программу на несколько шагов вперед. Технология анализа потока данных позволяет проанализировать программу и составить ожидаемую последовательность исполнения инструкций, независимо от порядка их следования в тексте программы. И наконец, опере¬жающее выполнение повышает скорость работы программы за счет выполнения нескольких инструкций одновременно, по мере их поступления в ожидаемой по¬следовательности — то есть по предположению (интеллектуально). Поскольку выполнение инструкций происходит на основе предсказания ветвлений, резуль¬таты сохраняются как «интеллектуальные» с последующим удалением тех, кото¬рые вызваны промахами в предсказании. На конечном этапе порядок инструк¬ций и результатов их выполнения восстанавливается до первоначального.

Используется новая микроархитектура, базирующаяся на двух параллельных 32-битовых конвейерах и поддерживающая технологию поточной обработки Hyper Pipelined. Это позволило сделать эффективным длинный конвейер. Суть в том, что при длинном конвейере в задачах с частыми условными переходами его эффективность снижается. Два параллельных конвейера снижение эффек¬тивности уменьшают. Теперь реальна ситуация, когда в каждый момент времени одна инструкция загружается, другая декодируется, для третьей (или несколь¬ких) формируется пакет данных, четвертая инструкция (или несколько) испол¬няется, для пятой записывается результат. И если при строго последовательном исполнении инструкций даже самые короткие операции исполнялись за 5 так¬тов, то при такой поточной обработке многие инструкции могут быть выпол¬нены за такт.

Технология гиперконвейерной обработки

Технология гиперконвейерной обработки повышает пропускную способность кон¬вейера, обеспечивая увеличение производительности и тактовой частоты. Так, один из основных конвейеров МП — конвейер предсказания ветвлений/возвра¬тов ветвления, имеет глубину конвейерной обработки в 31 шаг (против 20 шагов в микропроцессорах Pentium 4 с суперконвейерной обработкой).

Первый многопоточный микропроцессор семейства UltraSPARC T, получивший известность под кодовым именем Niagara 1, был выпущен в 2006 г. Его встретили с интересом: у пользователей появилась возможность получить машину, аналогичную по своей комплектации многопроцессорному серверу Sun Fire E10K, но на одном кристалле и в 50 раз более производительную. Однако, как отметил Павел Анни, менеджер по маркетингу продуктов Sun Microsystems, наличие в Niagara 1 единственного модуля работы с вещественными числами было узким местом при выполнении операций с плавающей запятой.

С другой стороны, системы на UltarSPARC T1 и не предназначались для сектора высокопроизводительных вычислений, а были ориентированы на выполнение транзакционных задач и Internet-приложений. Многопоточная структура процессора Niagara 1 продемонстрировала свои преимущества при работе с программным обеспечением, интенсивно использующим потоки, в частности, с Web-приложениями. Данный процессор эффективно работает с программным обеспечением для набора инструкций SPARC 9 под управлением операционной системы Sun Solaris, которая широко использует многопоточность и предоставляет развитый API-интерфейс параллельных приложений.

Как подчеркнул Анни, UltraSPARC T2 — следующий шаг в реализации стратегии многопотоковых вычислений Sun, направленной на создание линейки серверов на кристалле.

UltraSPARC T2, как и его предшественник, имеет восемь ядер; его тактовая частота — 1,4 ГГц. Однако каждое ядро включает в себя два четырехпоточных конвейера, то есть общее число потоков возросло до 64. Учитывая, что в процессоре имеется два порта 10G Ethernet и восемь каналов PCI-Express, то в результате на одном кристалле размещается до 64 независимых систем — по сути, сервер на кристалле. Увеличение числа потоков создает большую нагрузку на кэш-память всех уровней, поэтому в микропроцессоре предусмотрено восемь банков кэш-памяти по 512 Кбайт. Создатели новых процессоров, полагая, что общая пропускная способность системы памяти влияет на производительность процессора больше, чем емкость кэша, в основном стремились к повышению общей пропускной способности системы памяти.

У каждого ядра UltraSPARC T2 имеется свой блок работы с вещественными числами, благодаря чему пропускная способность подсистемы операций с плавающей запятой стала соответствовать практическим потребностям большинства современных приложений. В целом при той же тактовой частоте, что и у его предшественника, UltraSPARC T2 продемонстрировал почти двукратное увеличение производительности по тестам SPEC (SPECint_rate2006 78,3; SPECfp_rate2006 62,3). Учитывая, что большее количество потоков требует более сложного механизма переключения, прирост производительности следует отнести на счет различных архитектурных улучшений.

Показатели энергопотребления T2 выглядят впечатляюще — процессор обеспечивает вдвое большую производительность на каждый затраченный ватт по сравнению с предыдущей моделью. Энергопотребление на холостом ходу составляет 60 Вт, номинальное — 95 Вт, или примерно 1,5 Вт на поток (для сравнения, Xeon 5300 на четыре потока расходует 30 Вт). Так что Niagara 2 можно рассматривать как платформу для построения недорогих серверов, способных параллельно обрабатывать множество потоков.

В компании недавно создано отдельное подразделение Sun Microelectronics, которое занимается разработкой микропроцессоров, включая поставки партнерам Sun. Ориентировочная цена UltraSPARC T2 составляет 1 тыс. долл. в партии в тысячу штук. Среди потребителей этого микропроцессора поставщики встроенных систем: индустрия развлечения, мобильные устройства, стационарное оборудование для сотовой связи и т. п.

В первой половине 2008 г. Sun Microelectronics планирует выпустить процессор Victoria Falls — вариант Niagara для многопроцессорных систем. Также в 2008 году появится процессор Rock, который тестируется с середины марта. Ниша применений этого многопотокового процессора — традиционные приложения, работающие на многопроцессорных серверах (впрочем, называть это «нишей» трудно, во всяком случае, ниша достаточно обширная). Все, что хорошо работает на Sun Fire или SPARC Enterprise, будет так же работать на Rock. Разница в размерах, в надежности и потребляемой мощности и, соответственно, в стоимости эксплуатации.

1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Когда даёшь чужой собаке кость, то это не значит, что она даст себя погладить.
Учти это, когда угощаешь девушку в ресторане.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по информатике и информационным технологиям "Суперконвейерные микропроцессоры", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru