1. Показать развитие и классификацию однопроцессорных архитектур Архитектура общая функциональная и структурная организация машины, определяющая методы

69. Особенности микроархитектуры Intel Sandy Bridge Инженеры Intel переработали блок предсказывания ветвлений, изменили препроцессор, внедрили продвинутый декодированный кэш, скоростную кольцевую шину, блок продвинутых векторных расширений AVX, переработали интегрированный контроллер оперативной памяти и линки с шиной PCI Express, изменили интегрированный графический чип до неузнаваемости, ввели фиксированный блок для аппаратного ускорения транскодирования видео, довели до ума технологию авторазгона Turbo Boost и так далее. 4-ядерные модели Sandy Bridge состоят из 995 миллионов транзисторов, произведенных по отлаженному 32-нанометровому техпроцессу. Около 114 миллионов отведено под нужды графического чипа, каждое ядро занимает по 55 миллионов транзисторов, остальное уходит под дополнительные контроллеры. При всем при этом, полноценный процессорный кристалл Sandy Bridge занимает площадь 216 квадратных миллиметров. Кэш декодированных инструкций (micro-op cache) ― представленный в Sandy Bridge механизм micro-op cache сохраняет инструкции по мере их декодирования. При выполнении расчетов процессор определяет, попадала ли очередная инструкция в кэш. Если да, то препроцессор и вычислительный конвейер обесточиваются, что позволяет экономить электроэнергию. При этом 1,5 Кб декодированной кэш-памяти полностью интегрированы с кэшем первого уровня (L1). Переработанный блок предсказания ветвлений может похвастаться увеличенной точностью работы. Все это стало возможным благодаря нескольким существенным инновациям в дизайне. Кольцевая шина ― для объединения многочисленных архитектурных блоков в процессорах Sandy Bridge используется продвинутая и очень скоростная кольцевая шина. Своим появлением интерфейс обязан интегрированному графическому ядру и транскодеру видео ― необходимость общаться с кэшем третьего уровня сделала предыдущую схему соединения (около 1000 контактов для каждого ядра) неэффективной. К переработанной шине подключены все важные компоненты процессора ― графика, х86-совместимые ядра, транскодер, Системный Агент, кэш-память L3. Под названием «Системный Агент» (System Agent) скрывается блок, ранее известный, как un-core ― здесь объединены контроллеры, которые раньше были вынесены в северный мост на материнской плате. В состав агента входят 16 линков для соединения с шиной PCI Express 2.0, двухканальный контроллер оперативной памяти DDR3, интерфейс для соединения с общей системной шиной DMI, блок управления питанием и графический блок, ответственный за вывод картинки. Одним из самых важных нововведений Sandy Bridge принято считать переработанный с нуля графический чип. Начнем с того, что теперь графика интегрирована с другими блоками в едином кристалле (ранее под металлической крышкой процессоров Clarkdale скрывалось два разрозненных чипа). Инженеры Intel хвастаются двойным увеличением пропускной способности компонентов графического чипа по сравнению с предыдущим поколением Intel HD Graphics благодаря изменению архитектуры унифицированных шейдерных процессоров, появлению доступа к кэш-памяти L3 и другим улучшениям. При этом в новых процессорах можно будет обнаружить сразу две существенно отличающиеся модели графического ядра ― HD Graphics 2000 и HD Graphics 3000. Первая предлагает шесть унифицированных шейдерных процессоров, вторая ― двенадцать. Модели HD Graphics поддерживают DirectX 10, переход к более современным графическим технологиям состоится уже в следующих поколениях процессоров. Кроме того, в новом графическом чипе предусмотрен отдельный блок Media Engine, состоящий из двух частей для транскодирования и декодирования видео. Измененные алгоритмы авторазгона Turbo Boost теперь позволяют процессору слегка переваливать за нормы прописанного энергопотребления на короткое время ― на практике это означает, что процессор сможет совершать скоростные забеги на малые дистанции. 70. Модульная структура процессора Intel Nehalem Важным нововведением в Nehalem стал модульный дизайн процессора. Фактически, микроархитектура сама по себе включает лишь несколько «строительных блоков», из которых на этапе конечного проектирования и производства может быть собран итоговый процессор. Этот набор строительных блоков включает в себя процессорное ядро с L2 кэшем (Core), L3 кэш, контроллер шины (QPIC), контроллер памяти (MC), графическое ядро (GPU), контроллер потребляемой энергии (PCU) и т. д. Необходимые «кубики» собираются в едином полупроводниковом кристалле и преподносятся в качестве решения для того или иного рыночного сегмента. Например, процессор Bloomfield, включает в себя четыре ядра, L3 кэш, контроллер памяти и один контроллер шины QPI. Серверные же процессоры с той же архитектурой будут включать до восьми ядер, до четырёх контроллеров QPI для объединения в многопроцессорные системы, L3 кэш и контроллер памяти. Бюджетные же модели семейства Nehalem располагают двумя ядрами, контроллером памяти, встроенным графическим ядром и контроллером шины DMI, необходимым для прямой связи с южным мостом. 71. Особенности процессоров Intel Westmere В конце 2009 г. корпорация Intel запустила 32-нм производственную технологию, в которой используются диэлектрики high-k и транзисторы с металлическими затворами второго поколения. Эта технология стала основой для новой 32-нм версии микроархитектуры Intel Nehalem. Новые процессоры Intel семейства Westmere стали первыми процессорами, созданными по нормам 32-нм техпроцесса. Эти процессоры известны под кодовыми названиями Clarkdale и Arrandale, предназначены для применения, соответственно, в настольных компьютерах и ноутбуках, и входят в модельные линейки Intel Core i3, i5, i7. Процессоры Intel Westmere представляют собой двухъядерные решения. Кроме того, в их конструкции присутствуют два несущих кристалла (см. рис. 3.10), один из которых, выпускаемый по 32-нм техпроцессу, включает в себя два вычислительных ядра, разделяемую L3 кэш-память, контроллер шины QPI. Второй, более крупный кристалл, изготавливаемый по 45-нм технологии, содержит графический процессор GPU, двухканальный контроллер памяти DDR3, контроллер интерфейса PCI Express 2.0 и контроллер шин DMI и FDI (Flexible Display Interface). Взаимодействие между двумя кристаллами происходит по высокоскоростной шине QPI. все процессоры поддерживают технологию Hyper-Threading (HT) или SMT, увеличивающую число вычислительных потоков, и технологию виртуализации VT-x. В большинстве процессоров реализованы новые инструкции из расширения AES-NI для ускорения выполнения алгоритмов шифрования и расшифровки. В этих же процессорах выполняется технология Turbo Boost, которая позволяет разгонять одно из вычислительных ядер до повышенных частот, что ускоряет работу с однопоточными приложениями. Технология Intel vPro – аппаратно-программный комплекс, который позволяет получить удаленный доступ к компьютеру для мониторинга параметров системы, технического обслуживания и удаленного управления, вне зависимости от состояния операционной системы. 72. Иерархическая структура памяти компьютера Памятью ЭВМ называется совокупность устройств, служащих для запоминания, хранения и выдачи информации. Основными характеристиками отдельных устройств памяти (запоминающих устройств) являются емкость памяти, быстродействие и стоимость хранения единицы информации (бита). Емкость памяти определяется максимальным количеством данных, которые могут в ней храниться. Часто емкость памяти выражают через число К = 210 = 1024, например, 1024 бит = Кбит (килобит), 1024 байт = Кбайт (килобайт), 1024 Кбайт = 1 Мбайт (мегабайт), 1024 Мбайт = 1 Гбайт (гигабайт), 1024 Гбайт = 1 Тбайт (терабайт). Быстродействие (задержка) памяти определяется временем доступа и длительностью цикла памяти. Время доступа представляет собой промежуток времени между выдачей запроса на чтение и моментом поступления запрошенного слова из памяти. Длительность цикла памяти определяется минимальным временем между двумя последовательными обращениями к памяти. Память ЭВМ организуется в виде иерархической структуры запоминающих устройств, обладающих различным быстродействием, емкостью и стоимостью. Причем, более высокий уровень меньше по объему, быстрее и имеет большую стоимость в пересчёте на байт, чем более низкий уровень. Уровни иерархии взаимосвязаны: все данные на одном уровне могут быть также найдены на низком уровне, и все данные на этом более низком уровне могут быть найдены на следующем, ниже лежащем уровне, и так далее, пока мы не достигнем основания иерархии. В структуре памяти верхнему (сверхоперативному) уровню относятся: управляющая память, регистры различного назначения, стек регистров, буферная память. На втором уровне находится основная или оперативная память. На последующих уровнях размещается внешняя и архивная память. Система управления памятью обеспечивает обмен информационными блоками между уровнями, причем, обычно первое обращение к блоку информации вызывает его перемещение с низкого медленного уровня на более высокий. Это позволяет при последующих обращениях к данному блоку осуществлять его выборку с более быстродействующего уровня памяти. Успешное или неуспешное обращение к более высокому уровню называется соответственно «попаданием» (hit) или «промахом» (miss). Попадание есть обращение к объекту в памяти, который найден на более высоком уровне в то время, как промах означает, что он не найден на этом уровне. Доля попаданий или коэффициент попаданий есть доля обращений, найденных на более высоком уровне. Иногда она представляется в процентах. Аналогично для промахов. Сравнительно небольшая емкость оперативной памяти компенсируется практически неограниченной емкостью внешних запоминающих устройств. Однако эти устройства работают намного медленнее, чем оперативная память. Время обращения за данными для магнитных дисков составляет десятки микросекунд. Для сравнения: цикл обращения к оперативной памяти (ОП) составляет несколько десятков наносекунд. Исходя из этого, вычислительный процесс должен протекать с возможно меньшим числом обращений к внешней памяти. 73. Механизм стековой адресации по способу LIFO Стек регистров, реализующий безадресное задание операндов, является эффективным элементом архитектуры ЭВМ. Стек представляет собой группу последовательно пронумерованных регистров, снабженных указателем стека, в котором автоматически при записи устанавливается номер первого свободного регистра стека (вершина стека). Существует два основных способа организации стека регистров: LIFO (Last-in First-Out) – последний пришел – первый ушел; FIFO (First-in First-Out) – первый пришел – первый ушел. Для реализации адресации по способу LIFO используется счетчик адреса СЧА, который перед началом работы устанавливается в состояние ноль, и память (стек) считается пустой. Состояние СЧА определяет адрес первой свободной ячейки. Слово загружается в стек с входной шины Х в момент поступления сигнала записи ЗП. По сигналу ЗП слово Х записывается в регистр P[СЧА], номер которого определяется текущим состоянием счетчика адреса, после чего с задержкой D, достаточной для выполнения микрооперации записи P[СЧА]:=Х, состояние счетчика увеличивается на единицу. Таким образом, при последовательной загрузке слова А, В и С размещаются в регистрах с адресами P[S], P[S + 1] и P[S + 2], где S — состояние счетчика на момент начала загрузки. Операция чтения слова из ЗУ инициируется сигналом ЧТ, при поступлении которого состояние счетчика уменьшается на единицу, после чего на выходную шину Y поступает слово, записанное в стек последним. Если слова загружались в стек в порядке А, В, С, то они могут быть прочитаны только в обратном порядке С, В, А. Для организации записи информации в стек используется счетчик СЧА, для считывания – СЧВ. Оба счетчика перед началом работы устанавливаются в состояние ноль. Содержимое счетчиков через мультиплексор подается в регистровую память. Режим записи осуществляется аналогично предыдущему способу, а считывание аналогично записи, только с использованием дополнительного счетчика СЧВ. В этом случае, если слова загружались в стек в порядке А, В, С, то они могут быть прочитаны только в таком же порядке А, В, С. В современных архитектурах процессоров стек и стековая адресация широко используется при организации переходов к подпрограммам и возврата из них, а также в системах прерывания. 74. Типовая структура кэш-памяти Рассмотрим типовую структуру кэш-памяти, включающую основные блоки, которые обеспечивают её взаимодействие с ОП и центральным процессором. Строки, составленные из информационных слов, и связанные с ними адресные теги хранятся в накопителе, который является основой кэш-памяти, остальные блоки относятся к кэш-контроллеру. Адрес требуемого слова, поступающий от центрального процессора (ЦП), вводится в блок обработки адресов, в котором реализуются принятые в данной кэш-памяти принципы использования адресов при организации их сравнения с адресными тегами. Само сравнение производится в блоке сравнения адресов (БСА), который конструктивно совмещается с накопителем, если кэш-память строится по схеме ассоциативной памяти. Назначение БСА состоит в выявлении попадания или промаха при обработке запросов от центрального процессора. Если имеет место кэш-попадание совпадение теговой части адреса, поступающего от центрального процессора, с адресным тегом одной из ячеек кэш-памяти), то в режиме чтения информации соответствующая строка из кэш-памяти переписывается в регистр строк. С помощью селектора из неё выделяется искомое слово, которое и направляется в центральный процессор. В случае промаха с помощью блока формирования запросов осуществляется инициализация выборки из ОП необходимой строки. Адресация ОП при этом производится в соответствии с информацией, поступившей от центрального процессора. Выбираемая из памяти строка вместе со своим адресным тегом помещается в накопитель и регистр строк, а затем искомое слово передается в центральный процессор. В режиме записи информации в память адрес обрабатывается также, как и при чтении. Само же слово информации из ЦП проходит через демультиплексор и заносится в регистр строк. Далее, в зависимости от выбранного способа записи, оно может загрузиться в накопитель строк кэш-памяти и в ОП или только в кэш-память. Для высвобождения места в кэш-памяти с целью записи выбираемой из ОП строки одна из строк удаляется. Определение удаляемой строки производится посредством блока замены строк, в котором хранится информация, необходимая для реализации принятой стратегии обновления находящихся в накопителе строк. 75. Структура кэш-памяти с прямым распределением При прямом распределении место хранения строк в кэш-памяти однозначно определяется по адресу строки. Адрес строки подразделяется на тег (старшие 7 бит) и индекс (младшие 7 бит). Для того, чтобы поместить в кэш-память строку из основной памяти с адресом bn, выбирается область внутри кэш-памяти с адресом bm, который равен 7 младшим битам адреса строки bn. Преобразование из bn в bm сводится только к выборке младших 7 бит адреса строки. По адресу bm в кэш-памяти может быть помещена любая из 128 строк основной памяти, имеющих адрес, 7 младших битов которого равны адресу bm. Для того чтобы определить, какая именно строка хранится в данное время в кэш-памяти, используется память ёмкостью 7 бит x 128 слов, в которую помещается по соответствующему адресу в качестве тега 7 старших битов адреса строки, хранящейся в данное время по адресу bm кэш-памяти. Это специальная память, называемая теговой памятью. Память, в которой хранятся строки, помещенные в кэш, называются памятью данных. В качестве адреса теговой памяти используются младшие 7 битов адреса строки.

Похожие:

	1. Показать развитие и классификацию однопроцессорных архитектур. 2 В чем суть матричного и векторно-конвейерного способов организации simd-архитектуры? 5		Книга фгуп «Санкт-Петербургское окб «Электроавтоматика» Рассматриваются основные принципы построения перспективных бортовых цифровых вычислительных систем в авиационном приборостроении....
	Сто алтгту 14. 62 2433. 2012 Приложение в силлабус (памятка) Тема Общая теория управления. Функции и методы менеджмента. Основные понятия менеджмента. Развитие и становление менеджмента. Развитие...		Конспект урока биологии 10 класс Учитель: Полиектова Е. Ф. Тема:... Оборудование: компьютер, макет челюсти, плакаты «Строение зуба», «Развитие кариеса». Зеркала (индивидуальные), карточки для практических...
	Темы рефератов по ферментологии Строение и роль простых ферментов. Активный центр как структурная и функциональная часть фермента		Экзаменационные вопросы Морфологическая и функциональная характеристика сменного прикуса ...
	Пояснительная записка к курсовой работе на тему: “Цифровой диктофон” ...		Методы и средства программирования софт-архитектур для реконфигурируемых вычислительных систем Специальность 05. 13. 11 Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей
	Государственный образовательный стандарт высшего профессионального... Общая характеристика направления подготовки “Технологические машины и оборудование”		План-конспект урока Тема : Машиноведение. История швейной машины Цель урока: научить учащихся читать и выполнять эскиз, технический рисунок, чертёж, показать правила построения чертежей. Практический...
	I этап теоретическое задание 1 Цель и содержание Методы обследования и функциональная диагностика в терапии (73 вопроса)		Марий эл республикын туризм шотышто комитетше Методы обследования и функциональная диагностика в терапии (73 вопроса)
	И. А. Демидова Московская городская онкологическая больница №62 Методы обследования и функциональная диагностика в терапии (73 вопроса)		Стандарт медицинской помощи больным рассеянным склерозом Методы обследования и функциональная диагностика в терапии (73 вопроса)
	Рабочая программа дисциплины «Общая и неорганическая химия» «Общая и неорганическая химия» по направлению 240800 – "Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии...		Программа вступительного экзамена для поступающих в магистратуру... Поступающий в магистратуру по направлению 551800 «Технологические машины и оборудование» должен показать владение знаниями пакета...