1 Основные направления применения микропроцессорных систем 1
Скачать 44.9 Mb.
|
479.Напряжение питания процессоров Pentium 4 Willamette составляло 1.7 В. Такой кристалл мощностью около 50 Вт при потребляемом токе более 30 А рассеивал весьма внушительное количество тепла. Для систем на базе нового процессора приходилось покупать специальный корпус с достаточно мощным блоком питания со спецификацией АТХ 2.03 и с возможностью крепления полукилограммового медно-аллюминиевого радиатора. 52 480.На этом сложности не заканчивались. Кроме корпуса при переходе с Pentium III на Pentium 4 пользователю пришлось бы поменять еще и плату — Willamette изготовлялся в конструктиве FC-PGA 423, который никак не совместим с Socket 370. Поначалу даже не было никаких альтернатив, на рынке присутствовала единственная материнская плата Intel D850GB для Pentium 4. В ней использовался чипсет i850. Кроме того, данный набор системной логики поддерживал только RDRAM — наиболее дорогую и дефицитную оперативную память. 52 481.Нет ничего удивительного в том, что для Pentium 4 понадобились принципиально другие платы и чипсеты. Взять хотя бы потребность новой архитектуры в гораздо большей пропускной способности системной шины. Разработчики позаботились об этом в полной мере, создав специальную Quad Pumped шину, работающую на частоте 400 МГц. Конечно, частота реального сигнала в ней прежняя - 100 МГц, просто за такт передается в 4 раза больше информации. Пропускная способность Quad Pumped в три раза превосходит пропускную способность 133 МГц шины для Pentium III и составляет ни много, ни мало - 3.2 Гб/ с. Кстати, сейчас уже появилась шина 533 МГц (133 МГц 4) с пропускной способностью 4.26 Гб/с. 52 482.Примерно через год прирост по частоте для Pentium 4 составил почти 50 %, процессоры сильно подешевели, и появились платы на базе i845 с поддержкой сверхдешевой SDRAM. Более того, с 2002 г. Intel начала массовые поставки чипсета i845 B-step, работающего с гораздо более перспективной DDR SDRAM. 52 483.С выходом 0.13 мкм Pentium 4 Northwood, разрешилась и проблема с тепловыделением. Кроме экстремальной на сегодняшний день частоты, положительно на производительность Northwood повлиял и возросший до 512 Кб объем L2 кэша. Первые процессоры Pentium 4, основанные на новом 0.13 мкм ядре Northwood имели в названии индекс А. Например, это Pentium 4 2А, работающий на частоте 2 ГГц, имеющий кэш второго уровня 512 КБ и упакованный в тот же самый 478-контактный FC-PGA2 корпус, что и его предшественники для Socket 478, основанные на 0.18 мкм ядре Willamette. 52 484.Фирма Intel, в конце 2002 года выпустила процессор Pentium 4 3.06 ГГц на основе технологии Hyper-Threading. Технология Hyper-Threading уже использовалась Intel в линейке серверных процессоров компании - Хеоn, а в настольные процессоры, как предполагалось ранее, она должна была прийти одновременно с выходом CPU с 0.09-микронным ядром Prescott. 53 485.Технология Hyper-Threading представляет собой сравнительно недорогой с точки зрения увеличения площади процессорного ядра способ увеличения производительности процессоров. Технология Hyper-Threading - это идеологически иной подход, требующий поддержки со стороны операционной системы и программного обеспечения, другими словами, дополнительных усилий со стороны программистов. 53 486.Как известно, в общем случае производительность процессора складывается из двух составляющих - из тактовой частоты процессора и числа инструкций, исполняемых им за такт. Архитектура Pentium 4 изначально была предназначена для достижения высоких тактовых частот, так в этом процессоре используется чрезвычайно длинный по современным меркам 20-ступенчатый конвейер. Благодаря этому частоты Pentium 4 растут, однако производительность этих CPU остается сравнимой со скоростью Athlon XP с гораздо меньшими тактовыми частотами. Объясняется это тем, что, во-первых, Athlon XP имеет большее число исполнительных модулей, работающих параллельно, а во-вторых, гораздо быстрее восстанавливает свой 10-ступенчатый конвейер после неправильных предсказаний переходов. 53 487.Основная проблема увеличения производительности современных процессоров заключается в том, что число исполняемых за такт инструкций растет не пропорционально числу исполняемых модулей в процессоре, а гораздо медленнее. В частности, хотя Pentium 4 и содержит четыре параллельных блока для операций с целыми числами, два блока для работы с вещественными числами и два блока для работы с памятью, одновременно все эти ресурсы практически никогда не используются. В подавляющем большинстве случаев существенная часть процессора простаивает либо в ожидании данных, либо из-за ее ненужности при исполнении очередной операции. Если с простоями при отсутствии данных еще можно как-то бороться, наращивая объем кэш-памяти, то загрузить весь процессор целиком при существующей концепции последовательных вычислений никак не получится. Например, если уж программа выполняет сложение целых чисел, блоки операций с вещественными числами задействованы не будут ни при каком раскладе. В итоге, получаем достаточно печальную картину: большинство существующих х86 программ использует одновременно не более 35% исполнительных устройств процессора Pentium 4. 53 488.Именно этому факту и обязана своим появлением технология Hyper-Threading. В настоящее время, рынок полностью завоевали многозадачные операционные системы, идеология которых построена на одновременном существовании нескольких вычислительных потоков (threads), относящихся к одному или разным активным приложениям, либо к самой операционной системе. Если на многопроцессорных системах эти потоки могут выполняться одновременно (по одному на процессор), то в однопроцессорных системах CPU вынуждены непрерывно переключаться между потоками, квантуя процессорное время между исполнением их различных частей. 53 489.Таким образом, если разрешить процессору одновременное выполнение более чем одного потока, его мощности можно загрузить более эффективно. Именно в этом и состоит основная идея Hyper-Threading. Благодаря технологии Hyper-Threading один физический процессор воспринимается операционной системой и приложениями как два логических процессора. Соответственно, операционная система и приложения предполагают, что CPU с технологией Hyper-Threading может одновременно выполнять два потока и загружает такой процессор работой гораздо сильнее. 53 490.Сам же процессор при этом подвергнут лишь незначительным изменениям и использует для выполнения второго потока свои простаивающие ресурсы. То есть, Hyper-Threading - суть технология для увеличения коэффициента полезного действия процессора, действенная, впрочем, только в многозадачных и многопоточных средах. 53 491.Коротко остановимся на изменениях, внесенных в процессоры с Hyper-Threading. Поскольку физический процессор с технологией Hyper-Threading представляет собой два логических CPU, в таких процессорах продублированы некоторые блоки. Причем, дубляжу подверглись лишь отдельные управляющие элементы, основные же исполнительные ресурсы остались теми же - теперь они попросту загружаются более плотно и эффективно. 53 492.Таким образом, технология Hyper-Threading действительно позволяет загрузить исполнительные устройства процессора значительно сильнее за счет одновременного выполнения двух потоков. Однако, следует понимать, что эффект от такого приема не всегда может быть положительным. Во-первых, если выполняемые потоки похожи по типу выполняемых инструкций, выигрыша может не быть вовсе, поскольку один из потоков будет полностью занимать все ресурсы, необходимые и другому потоку. Простои же остальных исполнительных устройств процессора от этого не исчезнут. Во-вторых, возможна и куда более катастрофичная ситуация. Один из потоков может попросту занять ресурсы, необходимые другому потоку, и ожидать при этом, например, поступления данных. Операционная система же при этом, пребывая в уверенности, что имеется два CPU, не будет предпринимать никаких действий, на самом же деле функционирование процессора будет попросту парализовано. Именно поэтому Intel призывает разработчиков программного обеспечения оптимизировать свои программы для Hyper-Threading. Один из основных принципов такой оптимизации - применение новой инструкции PAUSE, не блокирующей работу физического процессора, вместо пустых циклов ожидания. 53 493.Естественно, поддержка технологии Hyper-Threading необходима не только со стороны программного обеспечения и операционной системы. Требуется она также и со стороны аппаратного обеспечения, поскольку процессор с технологией Hyper-Threading все же отличается от обычных CPU. Активизация обоих логических процессоров требует, как минимум, поддержку со стороны материнской платы и BIOS и поддержки специфических алгоритмов перевода логических и физического процессоров в режимы энергосбережения. 54 494.В итоге, для того, чтобы в системе работал процессор с поддержкой технологии Hyper-Threading, помимо самого процессора требуется и материнская плата, основанная на наборе логики, поддерживающем эту технологию. 54 495.Помимо поддержки в чипсете, технология Hyper-Threading должна опознаваться и инициализироваться BIOS материнской платы. Только в этом случае оба логических процессора могут быть успешно инициализированы и распознаны операционной системой. В противном случае - если либо в чипсете, либо в BIOS технология Hyper-Threading не поддерживается - процессор с технологией Hyper-Threading будет опознан операционной системой как один обычный процессор. В случае, если поддержка со стороны аппаратной платформы реализована верно, операционная система будет пребывать в уверенности, что в системе имеется два процессора. 54 496.Также, очевидно, что для полноценного использования ресурсов процессоров с технологией Hyper-Threading необходима мультизадачная операционная система с поддержкой двухпроцессорных конфигураций. Однако для того, чтобы производительность системы при этом действительно увеличивалась, требуется специальная оптимизация операционной системы под технологию Hyper-Threading, заключающаяся, в частности, в том, что системные потоки не должны использовать пустых циклов, о чем говорилось ранее. 54 497.В настоящее время для технологии Hyper-Threading оптимизированы две операционные системы - Linux 2.4.x и Microsoft Windows XP (включая Professional и Home Edition). Распространенные Windows 98 и Windows Me Hyper-Threading не поддерживают в силу отсутствия в них поддержки мультипроцессорности. Что же касается Windows 2000, то хотя эта система и поддерживает конфигурации с несколькими CPU и опознает процессор с технологией Hyper-Threading как два процессора, производительность этих процессоров будет в ряде случаев ниже, чем процессоров с аналогичными характеристиками, но без Hyper-Threading. Дело как раз заключается в том, что системные потоки Windows 2000 часто используют пустые циклы, являющиеся "грозой" Hyper-Threading. 54 498.Процессор Intel Pentium 4 3.06 ГГц, поддерживающий технологию Hyper-Threading, имеет следующие характеристики: 54 Частота ядра - 3066 МГц, частота шины Quad Pumped Bus - 533 МГц, коэффициент умножения - 23х. 54 Размер кеша первого уровня: 8 Кбайт - для данных, 12 Кбайт - для инструкций. Размер кеша второго уровня - 512 Кбайт. 54 Процессорное ядро Northwood. Технология производства - 0.13 мкм с использованием медных соединений. 54 Номинальное напряжение питания ядра - 1.525 В. 54 Площадь ядра - 131 кв. мм, число транзисторов - 55 миллионов. 54 Физический интерфейс - Socket 478. 54 Поддержка наборов инструкций ММХ, SSE, SSE2. 54 4.3.2. Процессоры фирмы AMD 54 499.Выход Athlon (первоначально — К7), безусловно, был заметным явлением на рынке процессоров в 1999 г. Дело в том, что в нем были заложены принципиально новые и перспективные решения. 54 500.Внешне этот процессор чрезвычайно похож на Pentium II — картридж, на первый взгляд, ничем не отличается и разъем. Однако главное — внутри. 54 501.В июне 1999 года были анонсированы модели AMD Athlon 500, 550 и 600, изготавливаемые по 0,25-микронной технологии. После этого AMD некоторое время просто наращивала частоту процессоров, не внося каких-либо существенных изменений в технологический процесс их производства: так позднее появились 0,25-микронные модели AMD Athlon 650 и 700. И лишь при производстве AMD Athlon 750 и 800 была использована уже 0,18-микронная технология. 54 502.Таким образом, существуют процессоры AMD Athlon, изготовленные как по 0,25-микронной (с Частотами от 500 до 700 МГц), так и по 0,18-микронной технологии (от 550 МГц). 55 503.Основные характеристики процессоров AMD Athlon таковы: 55 Ядро: технология производства — 0,25/0,18 мкм; внутренняя архитектура - типа «RISC»; имеет 3 конвейера для целочисленных операций и 3 конвейера для операций с плавающей точкой; 55 В систему команд добавлены новые SIMD-инструкции (12 инструкций для ускорения целочисленных вычислений в мультимедийных приложениях, таких как распознавание речи и обработка видеопотоков; 7 инструкций — для лучшей детализации графики и добавления новой функциональности при использовании надстроек (plugins) в Интернет-браузерах и других приложений, базирующихся на технологии обработки потоков данных (streaming applications); 5 DSP (Digital Signal Processing)инструкций — для ускорения работы с коммуникационными приложениями (софт-модемы, программный ADSL) и со звуком в формате МРЗ и Dolby DigitalSurround; всего —24 инструкции), которые вместе со старым набором 3DNow из 21 инструкции образовали новый набор из 45 инструкций, названный Enhanced SDNow; 55 Системная шина: разработана на основе спецификации шины Alpha EV6; физическая тактовая частота - 100 МГц (в перспективе - до 200 МГц); тактовая частота передачи данных — 200 МГц (за счет регистрации обоих фронтов сигнала, в перспективе —до 400 МГц); поддерживается ЕСС-механизм обнаружения и коррекции ошибок передачи данных 55 L1-кэш: объем — 128 Кбайт (64 Кбайт для данных + 64 Кбайт для инструкций); 55 L2-кэш: объем — 512 Кбайт (в перспективе — до 8 Мбайт); тактовая частота— половина (1/2) тактовой частоты ядра (интерфейс L2-кэша — программируемый (programmable), так что в принципе коэффициент умножения для тактовой частоты L2-кэша может варьироваться и в будущих моделях AMD Athlon быть равным не только 1/2, но также 1/3, 2/3 и 1); внешний (не интегрирован на одном кристалле с процессором, а выполнен на отдельных микросхемах, которые расположены на той же процессорной плате, что и микросхема процессора), поддерживает ЕСС-механизм обнаружения и коррекции ошибо при обмене данными с ядром процессора; 55 многопроцессорность: теоретически системная шина AMD Athlon может одновременно обеспечить поддержку до 14 процессоров на одной шине. 55 напряжение питания ядра процессора: 1,6В-для моделей с частотой от 500до 750 МГц, 1,7В — для 800-мегагерцевого процессора; 55 разъем: Slot А; механически (но не электрически) совместим со Slot 1; 55 исполнение: Card Module — процессорная плата, размещенная в защитном пластиковом корпусе; вся сборка имеет примерно такие же габариты, как и процессор Intel Pentium III в S.E.C.C, — или S. Е. С. С-2-исполнении. 55 504.Athlon имеет не один полностью переработанный конвейерный блок вычислений с плавающей точкой, а целых три. Правда, один из них занят выполнением специальных функций (обмен с памятью), зато два других работают в связке, выполняют привычные операции с вещественными числами и дополнены блоками 3DNow и ММХ. Таким образом, в Athlon SDnow не подменяет математический сопроцессор, как это было раньше, а дополняет и без того очень мощный FPU. 55 505.Кэш первого уровня у Athlon в 2 раза больше, чем у К6-2 и К6-3, и в 4 —чем у Pentium II и PIII. Что может дать такой кэш, можно приблизительно оценить, вспомнив о превосходстве предыдущих семейств процессоров AMD в офисных приложениях (хотя прирост производительности и не пропорционален увеличению объема кэша). 55 |
Похожие:
 | Программа дисциплины “Микропроцессорные устройства технических систем” для подготовки инженеров Изучение особенностей применения микропроцессорных устройств в системах автоматики и телеуправления, а также в изделиях электронной... | | Конспект лекций по курсу "Микропроцессоры и микро-эвм в Персональной... Целью настоящего курса является дать понятие о микропроцессорах и однокристальных микро-эвм, области их применения, дать основы функционирования... |
| Методические указания к самостоятельной работе по дисциплине «Микропроцессорные... Цель работы изучение современных однокристальных микроконтроллеров с cisc- и risc- архитектурой, организации их памяти и функционирования,... | | Проектирование микропроцессорных систем методические указания к курсовому проектированию ... |
| Правительство Российской Федерации Московский институт электроники... Целью курса "Микропроцессорные системы" является ознакомление студентов с микропроцессорными средствами и методами проектирования... | | Реферат на тему: «Основы микропроцессорных систем» Эвм, но имеющие несравнимо меньшие размеры. Микропроцессоры относятся к классу микросхем, особенностью которых является возможность... |
| Рабочая программа учебной дисциплины «основы микропроцессорной техники» Изучение дисциплины направлено на освоение принципов построения и функционирования микропроцессорных систем, а также работы в среде... | | Негосударственное Аккредитованное Частное Образовательное Учреждение... Распределенные объектные архитектуры программных систем. Многоуровневые приложения. Основные понятия архитектуры распределенных систем.... |
| Московский энергетический институт (технический университет) институт электротехники (иэт) Целью дисциплины является изучение физических и математических основ компьютерной и микропроцессорной техники и принципов построения... | | Учебной дисциплины физика (с основами астрономии) для специальности 2201 Изучение дисциплины базируется на знаниях, полученных на уроках по физике и математике в школе, и является базой для изучения цифровой... |
| Рабочая программа учебной дисциплины «электронные промышленные устройства» «Электроника электропривода», «Программные средства пэвм», «Теория автоматического управления», «Основы микропроцессорной техники»... | | Публичный отчёт «сош д. Звягино» в 2010-11 учебном году Основные направления Основные направления, содержание и формы деятельности педагогического коллектива регламентировались нормативными документами |
| Реферат Тема. Парапульпарные штифты Основные вопросы для изучения:... Исходящая информация: необходима для правильного клинического применения парапульпарных штифтов | | Расширенная программа дисциплины “ Экологическая геология Рассматриваются основные направления использования геофизических методов для геолого-экологического мониторинга окружающей среды... |
| Реферат на тему: «Вакансии по специальности экономическая кибернетика» Занимается в области применения информационных систем, решает функциональные задачи, а также управляет информационными, материальными... | | Конспект лекций по дисциплине: теория систем и системный анализ санкт-Петербург... Выбор показателя эффективности, математическая постановка задачи |
