рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Процессоры с умножением частоты

Работа сделанна в 1998 году

Процессоры с умножением частоты - Реферат, раздел Связь, - 1998 год - Микропроцессоры Процессоры С Умножением Частоты. В Марте 1992 Года Фирма Intel Объявила О Соз...

Процессоры с умножением частоты. В марте 1992 года фирма Intel объявила о создании второго поколения микропроцессоров 486. Эти микропроцессоры, названные i486DX2, обеспечили новую технологию, при которой скорость работы внутренних блоков микропроцессора в два раза выше скорости остальной части системы. Тем самым появилась возможность объединения высокой производительности микропроцессора с внутренней тактовой частотой 5066 МГц и эффективной по стоимости 2533-мегагерцовой системной платой.

Новые микропроцессоры по прежнему включали в себя центральный процессор, математический сопроцессор и кэш-память на 8 Кбайт. Компьютеры, поставляемые на базе микропроцессоров i486DX2, работают приблизительно на 70 производительней тех, что основаны на микропроцессорах i486DX первого поколения. Несколько позже появились процессоры i486SX2, в которых, как следует из названия, отсутствует встроенный сопроцессор.

Следует напомнить, что технология умножения частоты стала использоваться также в процессорах OverDrive. Кстати, как заявляют представители фирмы Intel, OverDrive - это не конкретные микросхемы, а, скорее, новая методология замены процессоров. По сути, основное различие между процессорами серии DX2 и OverDrive Intel состоит в том, что первые монтируются на системных платах ещ при сборке компьютеров, а вторые должны устанавливаться самими пользователями.

Внутренние функциональные узлы подобных устройств математический сопроцессор, кэш, устройство управления памятью, арифметико-логическое устройство используют удвоенную тактовую частоту, в то время как остальные элементы системной платы системная и внешняя кэш-память, вспомогательные микросхемы работают с обычной скоростью. Такой фокус позволяет увеличить производительность системы, как правило, за счт хранения части данных и выполняемых кодов программ во внутренней кэш-памяти.

Понятно, что в противном случае игра не стоила бы свеч какой смысл уменьшать время обработки типа регистр-регистр, если потом придтся сравнительно долго ждать новых операндов из внешней памяти Отметим, что повышение производительности процессоров сопровождается существенным увеличением потребляемой мощности. В настоящее время технология умноженной частоты не только в два, но и, например, в полтора, два с половиной или три раза находит широкой практическое применение во всех современных процессорах.

Так, фирма Intel выпускала серию микропроцессоров с умножением частоты - DX4 кодовое название P24C . Процессоры этого семейства - 486DX4-75, 486DX4-83 и 486DX4-100 имеют кэш-память 16 Кбайт и предназначены для установки с системные платы, работающие на тактовой частоте 25 и 33 МГц. Напряжение питания этих процессоров составляет 3,3 В, количество транзисторов на кристалле - 1,6 миллиона. Pentium В марте 1993 года фирма Intel объявила о начале промышленных поставок 66- и 60-мегагерцовых версий процессора Pentium, известного ранее как 586 или P5. Название нового микропроцессора является зарегистрированной торговой маркой корпорации Intel. Таким образом, в системах Intel Inside микропроцессор 586 фигурировать не будет.

Системы, построенные на базе Pentium, полностью совместимы со 100 миллионов персональных компьютеров, использующих микропроцессоры i8088, i80286, i80386, i486. Новая микросхема содержит около 3,1 миллиона транзисторов и имеет 32-разрядную адресную и 64-разрадную внешнюю шину данных, что обеспечивает обмен данными с системной платой со скоростью до 528 Мбайтс.

В отличие от 486-х процессоров, для производства которых использовалась CMOS-технология, для Pentium фирмы Intel применила 0,8-микронную BiCMOS-технологию. Pentium с тактовой частотой 66 МГц имеет производительность 112 MIPS миллионов операций в секунду. Суперскалярная архитектура содержит два пятиступенчатых блока исполнения, работающих независимо и обрабатывающих две инструкции за один такт синхронизации.

Pentium имеет два раздельных 8-Кбайтных кэша один для команд и один для данных. Одним из наиболее интересных новшеств, используемых в Pentium, является небольшая кэш-память, называемая Branch Target Buffer - BTB буфер меток перехода, которая позволяет динамически предсказывать переходы в исполняемых программах. По скорости выполнения операций с плавающей точкой Pentium оставляет далеко позади всех своих собратьев по классу - i486DX-33 почти в 10 раз, i486DX2-66 2,5 раза. Это достигается, в частности, благодаря реализации оптимальных алгоритмов, а также специализированным блокам сложения, умножения и деления с восмиступенчатой конвейеризацией, что позволяет выполнять операции с плавающей точкой за один такт. Как известно, в процессорах i486 специального конвейера для устройств с плавающей точкой предусмотрено не было. В настоящее время микросхемы Pentium сняты с производства.

Pentium Pro 1 ноября 1995 года фирма Intel объявила о начале коммерческих поставок микропроцессора нового поколения Pentium Pro именуемого до недавнего времени P6. В его основе лежит комбинация технологий, известная как Dynamic Execution.

Собственно, это три уже известные технологии многократное предсказание ветвлений, анализ потоков данных и эмуляция выполнения инструкций. В корпусе микросхемы размещены два кристалла, одним из которых является 256- или 512-Кбайтная кэш-память второго уровня.

На кристалле процессора, как обычно, расположен 16-Кбайтный кэш. На сегодняшний день в семейство Pentium Pro входят микропроцессоры с тактовой частотами 200, 180, 166 и 150 МГц. Если микросхема Pentium Pro 150 выпускается согласно технологическим нормам 0,6 мкм, то процессоры с более высокой тактовой частотой используют уже технологические нормы 0,35 мкм. Показатель производительности для Pentium Pro 200 по тесту SPECint92 соответствует 366. Иными словами, новый процессор превосходит аналогичный показатель даже для RISC-архитектур.

Число транзисторов основного кристалла составляет примерно 5,5, а кристалла кэш-памяти - соответственно 15,5 или 31 миллион. При напряжении питания около 3 В процессор вместе с кэш-памятью второго уровня рассеивает примерно 14 Вт. Изделие выполнено в PGA-корпусе с 387 выводами. Архитектура Pentium Pro позволяет соединять между собой множество процессоров, создавая таким образом непревзойднную масштабируемость. Так, Министерство энергетики США создала систему, базирующуюся на 9 тысячах процессоров. Pentium II Xeon C начала июля 1998 года по всему миру проходила серия мероприятий, посвящнных представлению самого мощного процессора архитектуры х86 корпорации Intel. Задолго до этого из информации, размещнной на Web-сайтах Intel стало известно его название и назначение.

Особо подчркивалось, что слово Xeon нежно произносить как Зеон, но российское представительство приняло решение подчинить это название нормам русского и греческого языка.

Так что в России мы будем иметь дело с Ксеоном ведь есть же у нас Ван Клиберн и Мехико. Новый процессор, к слову, стал подарком компании-производителя самой себе по случаю тридцатилетия. Первое, что бросается в глаза необычно крупный размер процессорного картриджа в который пакуется Xeon. Он предназначен для установки в разъм новой конструкции Slot 2. По словам разработчиков, это связанно с увеличением мкости кэш-памяти второго уровня. В настоящий момент процессоры Xeon с единой тактовой частотой поставляются в двух вариантах с 512 Кбайт и 1 Мбайт кэша L2. Но уже в текущем году планируется довести мкость кэш-памяти второго уровня до 2 Мбайт и повысить тактовую частоту до 450 МГц. Напомню, что старый Pentium II комплектовался лишь 512 Кбайт. Но ещ больший интерес вызывает тот факт, что конструкторы смогли заставить L2-кэш работать на тактовой частоте процессорного ядра. Напомню, что та же концепция была реализована в Pentium Pro, но при этом разработчики столкнулись на стадии производства процент выхода двух качественных кристаллов оказался ниже предполагаемого, и процессор оказался довольно дорогим. Возможно, именно поэтому Pentium II изначально создавался с разделением кристаллов основного и кэша L2, за что пришлось расплачиваться половиной тактовой частоты кэш-памяти второго уровня.

Высокая частота работы кэша спровоцировала увеличение теплоотдачи процессорного блока, поэтому потребовалось использование массивной поглощающей тепло пластины, что, в свою очередь, привело к увеличению веса и габаритов модуля.

В каждом модуле Slot 2 три специальных области данных доступная только для чтения, область для чтениязаписи и динамическая информация о температуре внутри процессорного модуля.

В области первого типа помещена информация о версии процессора, данные о пошаговой отладке и указана предельно допустимая температура. Во второю область памяти пользователи могут вводить свою информацию. Доступ к динамическим данным об изменении температуры дат возможность управляющим программам оповещать администратора об опасных системных событиях.

Увеличение мкости кэша второго уровня повышает пропускную способность системы благодаря мгновенному доступу процессоров к часто используемым данным и инструкциям, хранящимся в быстрой кэш-памяти. По заявлению Intel, увеличение мкости кэша с 512 Кбайт до 1 Мбайт приводит иногда к 20 росту общей производительности системы. Для объяснения этого явления уместно провести аналогию с холодильниками, используемую Intel хранение запаса продуктов в холодильнике избавляет поваров ресторана от необходимости ездить по магазинам, закупая провизию.

Чем больше холодильник, тем лучше, особенно в час пик, когда количество клиентов в ресторане резко возрастает. Так вот, в случае с сервером холодильник - это кэш-память второго уровня, а магазин где доступны те же продукты - в принципе более медленная системная память. Большой кэш L2 значительно повышает общую производительность многопроцессорных конфигураций в системах, работающих с крупными массивами несопоставимых данных. По информации Intel, проведнные корпорацией тесты ZD ServerBench показали почти пропорциональный рост производительности системы по мере установки дополнительных процессоров с мегабайтным кэшем.

Усовершенствованная архитектура Xeon, допускающая 36-разрядную адресацию физической памяти, теоретически позволяет процессору получать доступ к системной памяти мкостью до 64 Гбайт. Новый механизм постраничного обмена Page Size Extension - 36 останется практически незаметной для глаз пользователя и разработчиков приложений.

В настоящее время PSE-36 поддерживают операционные системы Windows NT, SCO UnixWare и Sun Solaris. Для остальных операционных систем потребуется обновить драйвер блока управления памятью. Intel 450NX PCIset стал первым микросхемным набором, оптимизированным для Pentium II Xeon. Он выпускается в двух вариантах, Basic и Full, соответственно для серверных hi-end и систем среднего уровня.

Они имеют одинаковую структуру ядра, но отличаются производительностью и ценой. Basic PCIset поддерживает до двух разъмов 32-разрядной PCI, один - 64-разрядной и до 4 Гбайт системной памяти типа EDO. Его более совершенный родственник Full PCIset поддерживает до четырх слотов типа EDO. Эти чипсеты объединяет функционирование на 100-мегагерцовой частоте системной шины и возможность поддержки многопроцессорных до четырх Xeon конфигураций. 64-разрядная шина PCI способна существенным образом повысить общую производительность системы с учтом оптоволоконной технологии обмена данными с дисковыми массивами, использования высокопроизводительных сетевых магистралей на основе АТМ, Gigabit Ethernet и других. Повышается, по сути, синхронизация мощности процессора и производительности подсистемы ввода-вывода.

Xeon, как я уже отмечал, предназначен не только для серверов, но и для рабочих и графических станций, для которых одним из важнейших параметров является производительность видеоподсистемы.

Для них разработан чипсет Intel 440GX AGPset на базе известного микросхемного набора 440BX. 440GX управляет работой порта AGP в режиме 2х. Режим удвоенной производительности реализуется благодаря так называемой технологии двойной накачки - данные передаются как по переднему, так и по заднему фронтам тактовых импульсов у обычной AGP - только по переднему, при этом полоса пропускания достигает значения 533 Мбайтс. Физические параметры интерфейса AGP остаются прежними.

Ещ одой особенностью набора чипсета 440GX стала возможность обращения к памяти мкостью до 2 Гбайт, что в два раза больше, чем у его приемника. Несмотря на тот факт, что в настоящий момент понятие многопроцессорности ассоциируется у Intel лишь с четырьмя устройствами на одной плате, ведутся работы по созданию симметричных мультипроцессорных систем, поддерживающих до восьми Ксеонов. Разработки восьмиканального чипсета для Xeon ведутся фирмой Corollary, дочерней компанией Intel. И, само собой, возможны кластерные решения, скажем, на основе архитектуры распределнной памяти NUMA. В обоих случаях, как правило, не требуется переписывать прикладные программы правда, операционная система требует некоторой оптимизации.

В процессорной шине чипсета Intel 450NX PCIset предусмотрен так называемый разъм кластерного соединения, что упрощает построение кластерного соединения на основе стандартных четырхпроцессорных узлов. Ещ одним перспективным направлением является кластер с передачей сообщений. Суть е состоит в отсутствии разделения ресурсов.

Отдельно стоящие узлы кластера обмениваются данными, например, тактовыми импульсами, сигнализирующими о нормальном состоянии системы. И хотя LAN-соединение остатся работоспособным, существует необходимость в сети нового типа - так называемой SAN System area Network. В завершении хотел бы отметить, что некоторые ведущие западные производители IBM, NCR, Dell уже начали поставки систем на базе Xeon, а на презентации процессора в России компании Kraftway и Вист также представили свои новые серверные решения.

Ориентировочные цены на Pentium Xeon составят 1124 долларов L2 512 Кбайт и 2836 долларов L2 1 Мбайт при поставках от тысячи штук. Несколько слов о производительности. До недавнишнего времени основной мерой производительности микропроцессоров да и компьютеров считалась их тактовая частота работы, и это было, вообще говоря, справедливо. Однако по мере усложнения архитектуры микропроцессоров RISC - ядро, встроенная кэш-память, технология внутреннего умножения тактовой частоты данный параметр работы устройств, хотя и остатся важным показателем их производительности, уже не является определяющим.

Именно этим можно объяснить, например, тот факт, что микропроцессор i486SX-25 производительнее i386DX-33. В 1992 году фирма Intel предложила индекс для оценки производительности своих микропроцессоров - iCOMP Intel Comparative Microprocessor Performance. Сам индекс представляет из себя число, которое отражает относительную производительность данного устройства по сравнению с другими микросхема семейства х86 и Pentium.

Производительность процессора 486SX-25 принимается за 100. Заметим, что новый индекс не заменяет известные тестовые программы benchmark уже хотя бы потому, что измеряет относительную производительность микропроцессора, а не системы в целом. Кстати говоря, при вычислении индекса iCOMP учитываются операции со следующими взвешенными компонентами числами 16-разрядные целые 67,16-разрядные действительные 3, 32-разрядные целые 25, 32-разрядные действительные 5. К слову, именно величина производительности с индексом iCOMP использовалась фирмой Intel в новой системе маркировки процессоров Pentium, например 73590 и 815100 для тактовой частоты 90 и 100 МГц. Следует, однако, учитывать, что в реальных системах может наблюдаться другое соотношение производительности процессоров.

Связанно это как с особенностями конкретных системных плат, так и, в случае с Pentium, с тем, что для достижения максимальной производительности требуется оптимизация программных кодов.

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Микропроцессоры

Важнейший компонент любого персонального - это его микропроцессор. Данный элемент в большей степени определяет возможности вычислительной системы и,… Степень интеграции определяется размерами кристалла и количеством… Они характеризуются скоростью тактовой частотой, разрядностью или длинной слова внутренней и внешней, архитектурой и…

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Процессоры с умножением частоты

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Важнейшие определения
Важнейшие определения. Прежде чем продолжить рассказ о микропроцессорах, напомним важные определения, которые пригодятся в дальнейшем. Любое внешнее устройство, совершающее по отношению к микропроц

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги