Примеры центральных процессоров

Деструкция белков.

При тепловой обработке продуктов изменения белков не ограничиваются только денатурацией. Для доведения продукта до полной готовности денатурированные белки нагревают при температурах, близких к 100°С, более или менее продолжительное время. В этих условиях наблюдаются дальнейшие изменения белков, связанные с разрушением их макромолекул. На первом этапе изменений от белковых молекул могут отщепляться такие летучие продукты, как аммиак, сероводород, фосфористый водород, углекислый газ и др. Накапливаясь в продукте и окружающей среде, эти вещества участвуют в образовании вкуса и аромата готовой пищи. При длительном гидротермическом воздействии происходит деполимеризация белковой молекулы с образованием водорастворимых азотистых веществ. Примером деструкции денатурированного белка является переход коллагена в глютин.

Деструкция белков имеет место при производстве некоторых видов теста. В этом случае разрушение внутримолекулярных связей в белках происходит при участии протеолитических ферментов, содержащихся в муке и вырабатываемых дрожжевыми клетками. Протеолиз белков клейковины положительно влияет на ее эластичность и способствует получению выпечных изделий высокого качества. Однако этот процесс может иметь и отрицательные последствия, если активность протеаз муки слишком высокая (мука из недозревшего зерна и пр.).

В ряде случаев деструкция белков с помощью протеолитических ферментов является целенаправленным приемом, способствующим интенсификации технологического процесса, улучшению качества готовой продукции, получению новых продуктов питания. Примером может служить применение препаратов протеолитических ферментов (порошкообразных, жидких, пастообразных) для размягчения жесткого мяса, ослабления клейковины теста, получения белковых гидролизатов.

Pentium II

Pentium II — прямой потомок процессора 8088, который использовался в первой модели IBM PC. Он полностью совместим с 8088 и может выполнять программы, написанные для 8088.

С точки зрения программного обеспечения, Pentium II представляет собой 32-разрядную машину. Он содержит ту же архитектуру системы команд, что и процессоры 80386, 80486, Pentium и Pentium Pro, включая те же регистры, те же команды и такую же встроенную систему с плавающей точкой стандарта IEEE 754.

С точки зрения аппаратного обеспечения, Pentium II представляет собой нечто большее, поскольку он может обращаться к 64 Гбайт физической памяти и передавать данные в память и из памяти блоками по 64 бита. Программист не видит этих передач по 64 бита, но такая машина работает быстрее, чем 32-разрядная. На микроархитектурном уровне Pentium II представляет собой Pentium Pro с командами ММХ. Команды вызываются из памяти заранее и разбиваются на микрооперации. Эти микрооперации хранятся в буфере, и как только одна из них получает необходимые ресурсы для выполнения, она может начаться. Если в одном цикле может начинаться несколько микроопераций, Pentium II является суперскалярной машиной.

Pentium II имеет двухуровневую кэш-память. Кэш-память первого уровня содержит 16 Кбайт для команд и 16 Кбайт для данных, а смежная кэш-память второго уровня — еще 512 Кбайт. Строка кэш-памяти состоит из 32 байт. Тактовая частота кэш-памяти второго уровня в два раза меньше тактовой частоты центрального процессора. Тактовая частота центрального процессора — 233 МГц и выше. В системах с процессором Pentium II используются две внешние шины, обе они синхронные. Шина памяти используется для доступа к главному динамическому ОЗУ; шина PCI используется для сообщения с устройствами ввода-вывода. Иногда к шине PCI подсоединяется унаследованная (то есть прежняя) шина, чтобы можно было подключать старые периферические устройства.

Система Pentium II может содержать один или два центральных процессора, которые разделяют общую память. В системе с двумя процессорами может возникнуть одна неприятная ситуация. Слово, считанное в одну из микросхем кэш-памяти и измененное там, может не записаться обратно в память, и если второй процессор попытается считать это слово, он получит неправильное значение. Чтобы предотвратить такую ситуацию, существуют специальные системы поддержки.

Pentium II существенно отличается от своих предшественников компоновкой. Все процессоры, начиная с 8088 и заканчивая Pentium Pro, были обычными микросхемами с выводами по бокам или снизу, которые вставлялись в разъемы. Микропроцессор Pentium II представляет собой так называемый SEC (Single Edge Cartridge — картридж с однорядным расположением контактов). Этот картридж представляет собой довольно большую пластиковую коробку, содержащую центральный процессор, двухуровневую кэш-память и торцевой соединитель для передачи сигналов. Он содержит 242 контакта.

Цоколевка процессора Pentium II

Из 242 контактов картриджа SEC 170 используются для сигналов, 27 для питания (с различной мощностью), 35 для «земли» и еще 10 остаются на будущее. Для некоторых логических сигналов используется два и более выводов (например, для запроса адреса памяти), поэтому существует только 53 типа выводов. Цоколевка в несколько упрощенном виде представлена на рис. 3.41. С левой стороны рисунка показано 6 основных групп сигналов шины памяти; с правой стороны расположены прочие сигналы.

Компания Intel использует одно соглашение, которое важно понимать. Поскольку микросхемы разрабатываются с использованием компьютеров, нужно каким-то образом представлять названия сигналов в виде текста ASCII. Использовать черту над названиями сигналов, запускаемых низким напряжением, слишком сложно, вместо этого компания Intel помещает после названия сигнала знак #.

Рис. 3.41. Цоколевка процессора Pentium II.

Pentium II может осуществлять прерывания тем же способом, что и процессор 8088 (это требуется в целях совместимости), или использовать новую систему прерывания с устройством APIC (Advanced Programmable Interrupt Controller — встроенный контроллер прерываний).

Конвейерный режим шины памяти процессора Pentium II

Современные процессоры, например Pentium II, работают гораздо быстрее современных динамических ОЗУ. Чтобы процессор не простаивал, необходима максимально возможная производительность памяти. По этой причине шина памяти процессора Pentium II работает в конвейерном режиме, при этом в шине происходит одновременно 8 операций.

Обращения процессора к памяти, которые называются транзакциями, имеют 6 стадий:

1. Фаза арбитража шины.

2. Фаза запроса.

3. Фаза сообщения об ошибке.

4. Фаза проверки на наличие нужного слова в другом процессоре.

5. Фаза ответа.

6. Фаза передачи данных.

Наличие всех шести фаз необязательно. На фазе арбитража шины определяется, какое из задающих устройств будет следующим. На фазе запроса на шину передается адрес. На фазе сообщения об ошибке подчиненное устройство передает сигнал об ошибке четности в адресе или о наличии каких-либо других неполадок. На следующей фазе центральный процессор проверяет, нет ли нужного ему слова в другом процессоре. Эта стадия нужна только в многопроцессорных системах. В следующей фазе задающее устройство узнает, где взять необходимые данные. На последней стадии осуществляется передача данных.

Фаза арбитража шины не всегда нужна. Например, если устройство, обладающее в данный момент шиной хочет произвести еще одну транзакцию, ему не требуется заново получать доступ к шине. Ему нужно запрашивать шину заново только в том случае, если он уступает ее другому устройству.

В системе с процессором Pentium II на каждой стадии используются определенные сигналы, отличные от сигналов других стадий, поэтому каждая из них не зависит от остальных.

UltraSPARC II

Семейство UltraSPARC — это серия 64-разрядных процессоров SPARC. Эти процессоры полностью соответствуют архитектуре Version 9 SPARC, которая также подходит для 64-разрядных процессоров. Они используются в рабочих станциях и серверах Sun, а также во многих других системах. Семейство включает в себя процессоры UltraSPARC I, UltraSPARC II и UltraSPARC III, которые имеют сходную архитектуру, но различаются датой выпуска и тактовой частотой. Ниже мы будем говорить о процессоре UltraSPARC II.

UltraSPARC II представляет собой машину типа RISC. Он полностью совместим с 32-разрядным SPARC V8. Единственное, чем UltraSPARC II отличается от SPARC V9, — это наличием команд VIS, которые разработаны для графических приложений, кодировки MPEG в реальном времени и т. п.

Процессор UltraSPARC II был разработан для создания 4-узловых мультипроцессоров с разделенной памятью без добавления внешних схем, а также для создания более крупных мультипроцессоров с минимальным добавлением внешних схем. Иными словами, в каждую микросхему UltraSPARC II включены связующие элементы, необходимые для построения мультипроцессора.

В отличие от структуры Pentium II SEC, процессор UltraSPARC II представляет собой относительно большую самостоятельную микросхему, содержащую 5,4 млн транзисторов. Микросхема содержит 787 выводов, расположенных снизу, как показано на рис. 3.43. Такое большое число выводов объясняется, с одной стороны, использованием 64 битов для адресов и 128 битов для данных. С другой стороны, это объясняется особенностями работы кэш-памяти. Кроме того, многие выводы являются резервными. Число 787 было выбрано для того, чтобы промышленность могла производить стандартные модули.

Рис. 3.43. Микросхема процессора UltraSPARC II

Процессор UltraSPARC II содержит 2 внутренних блока кэш-памяти: 16 Кбайт для команд и 16 Кбайт для данных. Как и у Pentium II, здесь вне кристалла процессора расположена кэш-память второго уровня, но, в отличие от Pentium II, процессор UltraSPARC II не упакован в один картридж с кэш-памятью второго уровня, поэтому разработчики вправе выбирать любые микросхемы для кэш-памяти второго уровня.

Решение объединить кэш-память второго уровня с процессором или разделить ее с процессором обусловлено выбором между различными техническими преимуществами, а также особенностями компаний Intel и Sun. Внешняя кэш-память более гибкая (кэш-память процессора UltraSPARC II можно расширить с 512 Кбайт до 16 Мбайт; кэш-память процессора Pentium II имеет фиксированный объем 512 Кбайт), но при этом она работает медленнее из-за того, что расположена дальше от процессора. Для обращения к внешней кэш-памяти требуется больше сигналов (у картриджа SEC нет контактов для связи с кэш-памятью, поскольку в данном случае кэш-память встроена прямо в картридж), но среди 787 выводов процессора UltraSPARC II обязательно должны быть выводы для управления кэш-памятью.

Большинство рабочих станций Sun содержат синхронную шину на 25 МГц, которая называется Sbus. К этой шине могут подсоединяться устройства ввода-вывода. Однако шина Sbus работает слишком медленно и не подходит для памяти, поэтому компания Sun придумала другой механизм для соединения процессоров UltraSPARC II с памятью: UPA (Ultra Port Architecture — высокоскоростной пакетный коммутатор). UPA может воплощаться в виде шины, переключателя или сочетания того и другого.

Рис. 3.44. Основная структура системы UltraSPARC II

На рис. 3.44. также изображена микросхема UDB II (UltraSPARC II Data Buffer II. Data Buffer — буфер данных). Данные из памяти могут поступать блоками по 8 байтов. Они содержат 16-битный код с исправлением ошибок для большей надежности. Можно запрашивать весь блок кэш-памяти, 8 байтов или даже меньше. Все входные данные поступают в буфер UDB и хранятся там. Буфер UDB нужен для того, чтобы дать возможность центральному процессору и памяти работать асинхронно. Например, если центральному процессору необходимо записать слово или строку кэш-памяти в основную память, он может не ждать доступа к UPA, а сразу записать данные в буфер UDB, который доставит их в память позднее. UDB также генерирует код с исправлением ошибок.

PicoJava II

Традиционно встроенные процессоры программировались на языке ассемблер, но так как с течением времени приборы усложнялись и последствия сбоев программного обеспечения становились более серьезными, появились другие подходы. Особенно удобно использовать в качестве языка программирования для встроенных систем язык Java, поскольку он относительно прост и программы занимают мало места. К достоинствам также можно отнести независимость базовых программных средств. Однако у этого языка есть и недостатки. Во-первых, чтобы использовать язык Java во встроенных системах, требуется большой интерпретатор для выполнения кода JVM. (Программу на языке Java в код JVM преобразует специальныйкомпилятор.) Во-вторых, процесс интерпретации занимает много времени.

Чтобы разрешить эту проблему, Sun и другие компании разработали процессоры со встроенным набором команд JVM. При таком подходе сочетаются и простота использования языка Java, и мобильность, и небольшой размер бинарного кода JVM, порождаемого компилятором, и высокая скорость выполнения операций, которая достигается благодаря особенностям аппаратного обеспечения.

Речь идет о процессоре picojava II, который составляет основу микросхемы microjava 701. Микросхема была разработана компанией Sun, но другие компании также имеют право использовать эту разработку. Это однокристальный процессор с двумя интерфейсами шины: один из них предназначен для шины памяти шириной в 64 бита, а другой — для шины PCI, как показано на рис. 3.45. Как Pentium II и UltraSPARC II, данный процессор может содержать кэш-память первого уровня (до 16 Кбайт для команд и до 16 Кбайт для данных). Но, в отличие от этих двух процессоров, он не имеет кэш-памяти второго уровня, поскольку низкая стоимость является ключевым параметром при разработке встроенных систем. Ниже мы рассмотрим микросхему microjava II 701. Она небольшого размера: содержит всего 2 млн транзисторов плюс еще 1, 5 млн для кэш-памяти.

Рис. 3.45. Система microjava H 701

На рис. 3.45 видны три особенности микросхемы.

Во-первых, в микросхеме microjava 701 используется шина PCI (на частоте 33 МГц или 66 МГц). Преимущество шины PCI состоит в том, что она является стандартной, и поэтому не нужно каждый раз разрабатывать новую шину.

Во-вторых, система microjava II701 обычно содержит флэш-память. Дело в том, что в прибор должна быть встроена если не вся программа, то по крайней мере ее большая часть. Флэш-память хорошо подходит для хранения программы, поэтому полезно иметь соответствующий интерфейс. Другая микросхема (на рисунке она не показана), которую можно добавить к системе, содержит последовательные и параллельные интерфейсы ввода-вывода.

В-третьих, microjava 701 содержит 16 программируемых линий ввода-вывода, которые можно связать с кнопками, переключателями и лампочками прибора.

Микросхема microjava 701 выпускается в стандартном корпусе BGA (Ball Grid Array — корпус с выводами в виде сетки крошечных шариков). Он содержит 316 выводов. Из них 59 выводов связаны с шиной PCI. Ниже в этой главе мы рассмотрим шину PCI подробно. Еще 123 вывода предназначены для шины памяти, среди них есть 64 двунаправленных вывода для передачи данных, а также отдельные адресные выводы. Остальные выводы используются для управления (7), синхронизирующих импульсов (3), прерываний (11), проверки (10), ввода-вывода(16). Некоторые из оставшихся выводов используются для питания и «земли», а остальные вообще не используются. Другие производители процессора picojava II вправе выбирать иную шину, компоновку и т. д.

Дата добавления: 2014-01-20