Особенности современных микропроцессоров

Прерывания

Прерывание – временное прекращение основного процесса вычислений для выполнения некоторых запланированных или незапланированных действий, вызываемых работой аппаратуры ЭВМ или программой. Эти действия могут:

- носить сервисный характер;

- быть запросами со стороны программы пользователя на выполнение обслуживания со стороны операционной системы (ОС);

- быть реакцией на нештатные ситуации.

Механизм прерываний поддерживается на аппаратном уровне и позволяет реализовать:

1) эффективное взаимодействие программ с ОС;

2) эффективное управление программой аппаратного обеспечения ЭВМ.

Прерывания классифицируются на:

1) Аппаратные, возникающие как реакция микропроцессора на физический сигнал от некоторого устройства ПЭВМ (клавиатура, жесткий диск и т. д.). По времени возникновения эти прерывания асинхронны (происходят в случайные моменты времени).

2) Программные, которые вызываются искусственно с помощью соответствующей команды из программы. Предназначены для выполнения некоторых действий операционной системы, являются синхронными.

3) Исключения – разновидность программных прерываний, являющихся реакцией микропроцессора на нестандартную ситуацию, возникшую во время выполнения некоторой команды программы.

Микропроцессоры, разработанные в последнее время, начиная с микропроцессоров Pentium (как фирмы Intel, так и других производителей), имеют следующие особенности:

1) суперскалярную архитектуру;

2) раздельное кэширование программного кода и данных;

3) блок предсказания правильного адреса перехода;

4) поддержку многопроцессорного режима работы;

5) средства задания размера страницы памяти;

6) средства обнаружения ошибок и функциональной избыточности;

7) управление производительностью.

Суперскалярная архитектура подразумевает наличие двух и более конвейеров (вычислительных блоков), что позволяет выполнять 2 или более команд за один период тактовой частоты. Каждый конвейер выполняет команду за следующие этапы:

- предварительная подготовка;

- декодирование команды;

- генерация адреса;

- выполнение;

- запись.

Это позволяет нескольким командам находиться в различных стадиях выполнения, тем самым увеличивается вычислительная производительность микропроцессора. Каждый конвейер имеет свое АЛУ, совокупность устройств генерации адреса и интерфейс кэширования данных.

В случае наличия одного блока кэш-памяти возможен конфликт между процессом предварительной подготовки команды и доступом к данным. Выполнение раздельного кэширования для команд и данных (как в микропроцессоре Pentium) исключает такие конфликты, давая возможность обеим командам выполняться одновременно.

Блок предсказания правильного адреса перехода прогнозирует, какая ветвь программы будет затребована, основываясь на допущении; что предыдущая ветвь будет использоваться снова.

Новейшие микропроцессоры (начиная с Pentium) содержат усовершенствования, присущие проектированию класса больших ЭВМ такие, как внутреннее определение ошибок и контроль за счет функциональной избыточности.

Кроме того, новейшие микропроцессоры обладают следующими особенностями:

- обработка нескольких блоков данных одной командой (технология SIMD – Single Instruction Multiple Data – один поток команд множество потоков данных);

- технология динамического исполнения команд (Dynamic Execution);

- предсказание ветвлений, позволяющее прогнозировать исполнение программы по нескольким возможным путям и ускоряющее поступление данных;

- упреждающее исполнение команд в оптимальном порядке повышающее общую производительность (обеспечивая постоянную загрузку блоков суперскалярных вычислений);

- возможность одновременной обработки множества запросов через системную шину;

- наличие потоковых SIMD-расширений таких, как: команды групповой обработки данных с плавающей точкой; дополнительные команды групповой обработки целочисленных данных; команды управления кэшированием.

Преимущество потоковых SIMD-расширений:

- возможности просмотра и обработки изображения с большим качеством и разрешением;

- воспроизведение высококачественного звука и видео при одновременном кодировании и декодировании;

- высокая точность распознавания речи.

Дата добавления: 2017-01-13