Микропроцессор

Процессор является ядром вычислительной системы и предназначен для обработки информации и управления работой всей системы. Процессоры выпускаются многими фирмами. Однако наибольшее распространение для бытовых компьютеров имеют процессоры американских фирмы Intel и AMD. Основные характеристики процессоров приведены в табл. 3.3.1

Из анализа данной таблицы можно сделать вывод о том, какими темпами развивалась микропроцессорная техника с момента появления первого компьютера.

На момент подготовки данного пособия промышленно выпускались и реализовывались через торговую сеть процессоры Celeron, Pentium 4, Duron, Athlon с частотой до 2000 МГц.

Быстродействие компьютера определяется числом элементарных операций, выполняемых в единицу времени (оп/с). Быстродействие зависит от тактовой частотой задающего генератора. Первые ПК имели тактовую частоту 4, 8, 16 МГц. В настоящее время частота тактового генератора достигает 2 ГГц и будет повышаться далее в связи с освоением новых технологий. Кроме повышения тактовой частоты, увеличение производительности процессоров достигается путем разработки новых архитектур и алгоритмов обработки информации. К основным приемам повышения производительности компьютера относятся:

суперскалярная архитектура;

конвейерная обработка информации;

наличие разделенных КЭШ-памяти для команд и данных;

использование блока предсказания адреса;

использование блока вычислений с плавающей точкой;

поддержка многопроцессорного режима работы;

наличие средств обработки ошибок.

Термин " суперскалярная архитектура " означает, что процессор имеет более одного вычислительного блока. Эти вычислительные блоки называются конвейерами. Наличие в процессоре двух конвейеров позволяет ему выполнять одновременно две команды. Каждый конвейер разделяет процесс выполнения команды на несколько этапов:

Таблица 3.3.1
Характеристики процессоров
Модель МП	Разрядность, бит	Тактовая частота, МГц	Число команд	Тех-ноло-гия, мк	Число транзисторов, тысяч	Год выпуска
шины данных	шины адреса
Процессоры фирмы Intel
			0,75			2,3
			4,77
			4,77 и 8
			6... 12		1,5
			16... 33		1,5- 1
			33... 100		1-0,8
Pentium			75... 200		0,8
Pentium II			233-300		0,35
Pentium III			450-600		0,18
Pentium 4					0,18
Процессоры фирмы AMD
K5			75-166		0,6-0,35		-
K6			166-233		0,35-,25
K7 (Athlon)			266-500				-
SledgeHammer			1,5 и выше				-

- выборка (считывание) команды из ОЗУ или КЭШ - памяти;

- декодирование (дешифрация) команды;

- выполнение команды;

- обращение к памяти;

- запоминание полученных результатов в памяти.

При конвейерной обработке информации на выполнение каждого этапа отводится один такт синхронизирующей частоты. В каждом новом такте заканчивается выполнение одной команды и начинается выполнение другой команды. Длительность выполнения команды определяется при этом временем на выполнение самого продолжительного этапа, а не временем выполнения всей команды.

Разделение КЭШ - памяти на две части позволяет избежать структурных конфликтов, когда две команды одновременно обращаются к одному и тому же блоку памяти.

Развитие вычислительной техники идет непрерывно. В процессорах 80386 и 80486 для ускорения вычислений с плавающей точкой встраивался специальный математический сопроцессор. В последующих моделях, в связи с увеличением плотности размещения элементов на кристалле, математический сопроцессор реализован непосредственно в процессоре. В процессоре Pentium имеется два пятиступенчатых конвейера для выполнения операций с фиксированной точкой и один восьми ступенчатый конвейер для выполнения операций с плавающей точкой. Кроме выполнения математических расчетов этот конвейер используется также для быстрой обработки динамических трехмерных изображений.

Одним из путей повышения производительности является использование блока предсказания адреса. При выполнении разветвляющихся процессов и циклов можно заранее предсказать направление перехода и записать адрес перехода в специальный буфер предсказания адреса. Если результат выполнения текущей операции не совпал с содержанием буфера, то адрес считывается из памяти. То есть процессор практически ничего не теряет. Если же адрес перехода записан правильно, то он выбирается из буфера, имеющего малое время доступа, а не из памяти, имеющей значительное большее время доступа. Для реализации этой идей в процессоре используется два буфера предварительной выборки. Один из буферов выбирает команды последовательно, а другой – согласно предсказаниям блока предсказания адреса.

Дата добавления: 2014-01-06