Процессоры. Процессоры можно классифицировать по двум основным параметрам: разрядности и быстродействию

Процессоры можно классифицировать по двум основным параметрам: разрядности и быстродействию. Быстродействие процессора во многом зависит от тактовой частоты, измеряется в млн. циклов в секунду. На каждую операцию затрачивается минимум один такт.

Разрядность процессора зависит от разрядности: шины ввода и вывода данных; внутренних регистров; шины адреса памяти.

Увеличение разрядности шины данных позволяет повысить производительность процессора. Современные процессоры имеют 64-разрядные внешние шины данных, т.е. могут передавать в системную память (или получать из нее) одновременно 64 бит данных.

Разрядность шины адреса определяет максимальный объем памяти, адресуемой процессором. Увеличение разрядности адресной шины позволяет увеличить количество адресуемых ячеек.

Шины данных и адреса независимы, и разработчики микросхем выбирают их разрядность по своему усмотрению, но, чем больше разрядов в шине данных, тем больше их и в шине адреса. Разрядность этих шин является показателем возможностей процессора.

Количество битов данных, которые может обработать процессор за один прием, характеризуется разрядностью внутренних регистров. Регистр — это, по существу, ячейка памяти внутри процессора. Разрядность регистра определяет количество разрядов обрабатываемых процессором данных, а также характеристики программного обеспечения и команд, выполняемых чипом. Во всех современных процессорах внутренние регистры являются 64-разрядными

В процессе работы процессор обслуживает данные, находящиеся в его регистрах, в поле ОП, а также во внешних портах процессора. Часть данных он интерпретирует как данные, часть – как адресные данные, часть – как команды. Совокупность всех команд образуют систему команд процессора, а схемы их реализации составляют основу АЛУ. Процессоры, имеющие одинаковые системы команд, полностью совместимы на программном уровне. Группа процессоров, имеющих ограниченную совместимость, рассматривают как семейство процессоров (например, семейство х86). Каждый новый процессор в семействе понимает команды своих предшественников, но не наоборот. Архитектура процессора определяет необходимые регистры, систему адресации и типы обрабатываемых данных.

По системам команд и архитектуре различают два вида процессоров:

- RISC (Reduced Instruction Set Computer) – компьютер с сокращенным набором инструкций. Архитектура ориентирована на использование упрощенного набора инструкций, который полностью реализуется аппаратными средствами. RISC-процессоры имеют набор однородных регистров универсального назначения, позволяющий выполнять инструкции за минимальное количество тактов синхронизации (большинство инструкций выполняются процессором за 1 такт). Это делает более эффективной суперскалярность (распараллеливание инструкций между несколькими исполнительными блоками). Все команды имеют фиксированный размер и одинаковый формат, операции обработки данных реализуются только в формате регистр-регистр. Такая архитектура позволяет достичь наивысшей производительности при наименьшей сложности, отличается меньшим энергопотреблением и тепловыделением.

- CISC (Compleх Instruction Set Computer) – компьютер с полным набором инструкций. Архитектура основана на усложнённом наборе команд. Для CISC-процессоров характерно небольшое число неоднородных регистров, каждый из которых выполняет строго определённую функцию; большое количество команд разной разрядности, выполняемых за разное количество тактов; большое количество методов адресации, форматов команд, наличие команд обработки типа регистр-память. Такие процессоры характеризуются высокой стоимостью аппаратной части; сложностью с распараллеливанием вычислений; не отличаются высокой производительностью.

Типичными представителями CISC являются микропроцессоры семейства x86, хотя эти процессоры являются CISC только по внешней системе команд: в начале процесса исполнения сложные команды разбиваются на более простые микрооперации, исполняемые RISC-ядром.

Многоядерный процессор содержит два и более вычислительных ядра на одном процессорном кристалле или в одном корпусе. Термин «ядро микропроцессора» (processor core) в зависимости от контекста употребления может обозначать:

- часть микропроцессора, содержащую основные функциональные блоки.

- набор параметров, характеризующих микропроцессор.

- часть процессора, осуществляющая выполнение одного потока команд.

Многоядерные процессоры способны осуществлять независимое параллельное выполнение нескольких потоков команд одновременно. В приложениях, оптимизированных под многопоточность, наблюдается прирост производительности на двухъядерном процессоре. Однако, если приложение не оптимизировано, то оно не будет получать практически никакой выгоды от дополнительных ядер, а может даже выполняться медленнее, чем на процессоре с меньшим количеством ядер, но большей тактовой частотой.

Во всех существующих на сегодняшний день многоядерных процессорах кэш-память 1-го уровня у каждого ядра своя, а кэш 2-го уровня существует в нескольких вариантах:

- разделяемый — кэш расположен на одном кристалле с ядрами и доступен каждому из них в полном объёме. Используется в процессорах семейств Intel Core.

- индивидуальный — отдельные кэши равного объёма, интегрированные в каждое из ядер. Обмен данными из кэшей L2 между ядрами осуществляется через контроллер памяти — интегрированный (Athlon 64 X2, Turion X2, Phenom) или внешний (использовался в Pentium D, в настоящее время Intel отказалась от использования такого подхода).

Дата добавления: 2014-01-20