Повышение производительности процессоров

Центральный процессор

Лекция 6. Тенденция развития процессоры. Многоядерные процессоры и новые технологии многоядерной обработки данных

Центральный процессор (CPU, от англ. Central Processing Unit) — это основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера.

Центральный процессор в общем случае содержит в себе:

· арифметико-логическое устройство;

· шины данных и шины адресов;

· регистры;

· счетчики команд;

· кэш — очень быструю память малого объема (от 8 до 512 Кбайт);

· математический сопроцессор чисел с плавающей точкой.

Современные процессоры выполняются в виде микропроцессоров. Физически микропроцессор представляет собой интегральную схему — тонкую пластинку кристаллического кремния прямоугольной формы площадью всего несколько квадратных миллиметров, на которой размещены схемы, реализующие все функции процессора. Кристалл-пластинка обычно помещается в пластмассовый или керамический плоский корпус и соединяется золотыми проводками с металлическими штырьками, чтобы его можно было присоединить к системной плате компьютера.

На протяжении длительного времени прогресс в области микропроцессоров фактически отождествлялся со значением тактовой частоты. В 2001 году в корпоративных планах производителей микропроцессоров значилось, что уже к концу десятилетия будет преодолен барьер 10 ГГц. Увы, планы эти оказались неверны. Прав же оказался тот, кто сделал ставку на многоядерные архитектуры.

Первый двухъядерный процессор в семействе Power выпустила корпорация IBM. Сегодня многоядерные процессоры предлагает Sun Microsystems (восьмиядерный UltraSPARC T1), а также Intel и AMD.

Закона Мура гласит, что количество транзисторов, размещенных на полупроводниковой микросхеме, удваивается каждые два года, что приводит, с одной стороны, к повышению производительности, а с другой стороны, к снижению стоимости производства микросхем. Несмотря на важность и действенность этого закона в течение долгих лет, оценивая перспективы дальнейшего развития, время от времени предсказывали его неминуемое фиаско.

В качестве препятствий на пути дальнейшего развития называются такие факторы, как ограничения из-за физических размеров, стремительный рост энергопотребления и непомерно высокие затраты на производство.

На протяжении многих лет для повышения производительности процессора использовался единственный путь - повышение его тактовой частотой. За эти годы укоренилось мнение, что именно тактовая частота процессора является основным показателем его производительности. Наращивание тактовых частот на современном этапе не простая задача. Конец гонке тактовых частот микропроцессоров был положен благодаря нерешенной проблеме токов утечки и неприемлемому росту тепловыделения микросхем.

Производительность процессора (Performance) — это отношение общего числа выполненных инструкций программного кода ко времени их выполнения или количество инструкций, выполняемых за секунду (Instructions rate):

количество инструкций = производительность

Дата добавления: 2014-01-07