Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2




НазваниеПеречислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2
страница4/15
Дата21.09.2012
Размер1.59 Mb.
ТипДокументы
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15

Параллельная архитектура


Архитектура фон Неймана обладает тем недостатком, что она последовательная. Какой бы огромный массив данных ни требовалось обработать, каждый его байт должен будет пройти через центральный процессор, даже если над всеми байтами требуется провести одну и ту же операцию. Этот эффект называется узким горлышком фон Неймана.

Для преодоления этого недостатка предлагались и предлагаются архитектуры процессоров, которые называются параллельными. Параллельные процессоры используются в суперкомпьютерах.

Возможными вариантами параллельной архитектуры могут служить (по классификации Флинна):

  • SISD — один поток команд, один поток данных;

  • SIMD — один поток команд, много потоков данных;

  • MISD — много потоков команд, один поток данных;

  • MIMD — много потоков команд, много потоков данных.

Многоядерные процессоры Intel серии Core. Сравнение с Pentium D. Энергопотребление технологии Centrino. Core Duo и Core 2 Duo.


Многоядерные процессоры

Содержат несколько процессорных ядер в одном корпусе (на одном или нескольких кристаллах).

Процессоры, предназначенные для работы одной копии операционной системы на нескольких ядрах представляют собой высокоинтегрированную реализацию системы «Мультипроцессор».

На данный момент массово доступны процессоры с двумя ядрами, в частности Intel Core 2 Duo на ядре Conroe и Athlon64X2 на базе микроархитектуры K8. В ноябре 2006 года вышел первый четырёхъядерный процессор Intel Core 2 Quad на ядре Kentsfield, представляющий собой сборку из двух кристаллов Conroe в одном корпусе.

10 сентября 2007 года были выпущены в продажу нативные (в виде одного кристалла) четырёхьядерные процессоры для серверов AMD Quad-Core Opteron, имевшие в процессе разработки кодовое название AMD Opteron Barсelona. 19 ноября 2007 вышел в продажу четырёхьядерный процессор для домашних компьютеров AMD Quad-Core Phenom. Эти процесоры реализуют новую микроархитектуру K8L (K10).

27 Сентября 2006 Intel продемонстрировала прототип 80-ядерного процессора. Предполагается, что массовое производство подобных процессоров станет возможно не раньше перехода на 32-нанометровый техпроцесс, а это в свою очередь ожидается к 2010 году.

Centrino Duo





Если для настольных компьютеров двуядерные процессоры были доступны уже достаточно давно, то на ноутбуках эти достижения современных технологий до сих пор места не находили. Тому были объективные причины, главная из которых – недопустимо высокие энергопотребление и тепловыделение существовавших ранее образцов.

Новый процессор: ядро Yonah


Внешне новинка не особенно отличается от привычного Pentium M. Новый процессор содержит 151,6 млн. транзисторов (предшественник, Pentium M на ядре Dothan, содержит около 140 млн.), площадь кристалла составляет 90,3 мм 2 против 83,6 мм 2 у Dothan. На глаз эта разница практически незаметна, в том числе потому, что кристалл развёрнут на 90 градусов.









Новый Core Duo от старого Pentium M на глаз можно отличить разве что по развёрнутому на 90 градусов кристаллу

Несмотря на то, что процессор имеет те же 478 ножек, что и Pentium M, электрически сокеты несовместимы. А чтобы подчеркнуть эту разницу, процессоры сделаны несовместимыми и механически – для этого производитель изменил положение ключа (отсутствующей ножки). Так что у пользователя при всём желании не получится сжечь процессор, установив его в неподходящую материнскую плату.




Количество ножек у Core и Pentium M одинаковое, но процессорные сокеты несовместимы как электрически, так и механически




Процессор Core изготавливается по новому технологическому процессу 65 нм, собственно, отсюда и столь незначительное отличие площади кристалла.

Архитектура


Самое интересное, что специалистам компании Intel удалось сделать этот CPU не только «тихим» и «холодным», но и превосходящим настольные двуядерные решения по части архитектуры. Взгляните на диаграммы сегодняшних двуядерных решений Intel и AMD, предназначенных для десктопов – Pentium D и Athlon 64 X2:









Доступ к кэш-памяти второго уровня в процессорах Pentium D и Athlon 64 X 2 реализован одинаково и не лучшим образом

При всей несхожести архитектур ядер, оба процессора имеют одну общую чертуодинаково реализованную двуядерность: каждое ядро имеет собственный кэш второго уровня (до 2048 Кбайт на каждое ядро у Pentium D 9xx и до 1024 Кбайт у Athlon 64 X2), а для связи ядер используется внутренняя шина (в случае Pentium D передача данных между ядрами возможна и через FSB). Разумеется, решение не самое удобное в том случае, когда одному ядру надо получить данные, содержащиеся в кэше другого ядра – ведь нередко ядра работают над одной и той же задачей, просто выполняя разные её части. Отсюда неминуемые задержки в доступе к информации, а также такие неприятности, как простой одного из ядер по той причине, что его кэш полностью заполнен данными, которые всё ещё нужны второму ядру.

Логичное решение этой проблемы – использование общей кэш-памяти. И именно таким образом работает Core Duo.




Core Duo обладает более прогрессивной архитектурой, нежели его настольные «коллеги».










Core (Yonah)

Pentium M (Dothan)




Количество ядер

1 (Solo) или 2 (Duo)

1

Тактовые частоты

1660-2160 МГц

1600-2260 МГц

Частота FSB

667 МГц (166 x4)

533 МГц (133x4)

Кэш L1 уровня (д)

32 Кбайт

32 Кбайт

Кэш второго уровня

2048 Кбайт

2048 Кбайт

Наборы инструкций

MMX, SSE, SSE2, SSE3

MMX, SSE, SSE2

Enhanced SpeedStep

Есть

Есть

Частота при низкой нагрузке

1000 МГц

800 МГц

Execute Disabled Bit

Есть

Есть

Перечислим наиболее важные отличия (не считая двуядерности, которую мы уже обсудили):

  • Тактовые частоты пока не выросли и даже наоборот ­– слегка поуменьшились. Конечно, через некоторое время будут представлены новые модели процессоров, сначала с тактовой частотой 2,33 ГГц, а потом, возможно, и 2,5 ГГц. А там уже и до следующей версии Centrino недалеко...

  • По сравнению с Pentium M, частота FSB выросла на 133 МГц и составила 667 МГц – практически 666. Интересно, что этой «дьявольской» частоты FSB при очередном изменении модельного ряда Pentium 4 аккуратно избежали, сразу перейдя на 800 МГц. Наверняка маркетологи Intel решили не нервировать покупателей ::)

  • Наконец-то добавилась поддержка последнего, третьего набора инструкций SIMD Streaming Instructions. Напомним, SSE представляет собой расширение стандартных инструкций x86, предназначенное для повышения скорости обработки мультимедийных данных. SSE3 добавляет к функциональности более ранних наборов SSE и SSE2 дополнительные 13 новых инструкций, разработанных для увеличения скорости в играх и мультимедиа-приложениях.

  • Вместе с шиной FSB выросла тактовая частота процессора в режиме минимального потребления энергии. Эта частота задается фиксированным коэффициентом 6, не зависящим от номинальной частоты процессора. Таким образом, Core работает на 1000 МГц, тогда как Pentium M работал на частоте 800 МГц (600 МГц для ядра Banias).

Как видим, производители сделали неплохой «бонус» к двуядерности. Все эти нововведения позволяют с уверенностью полагать, что производительность нового процессора будет выше, чем у предшественника, даже в задачах, никоим образом не использующих многопоточность. Впрочем, на второе ядро всегда можно «скинуть» как минимум какие-нибудь фоновые процессы, так что двуядерность, как ни крути, штука беспроигрышная. В итоге – новый, более производительный CPU с передовой архитектурой, поддержкой новых технологий и неплохими скоростными характеристиками. Но это только одна сторона «медали Centrino», теперь же мы перейдём ко второй – пожалуй, более примечательной стороне...

Энергопотребление


Самое важное достижении технологии Centrino – низкое энергопотребление. И в новой версии платформы ему уделено не меньшее (если не большее) внимание. Естественно, Core поддерживает технологию Enhanced SpeedStep, позволяющую «на лету» изменять тактовую частоту процессора и напряжение на ядре в зависимости от необходимой на данный момент производительности. Но это ещё далеко не всё – в новом процессоре реализован и ряд других, не менее интересных и полезных энергосберегающих технологий, таких, например, как Dynamic Power Coordination. Суть этой технологии в том, что ядра могут независимо друг от друга менять энергопотребление в зависимости от текущей нагрузки на процессор. В том числе, возможна ситуация, когда одно ядро работает, а другое находится в состоянии Deep Sleep, в котором потребление энергии близко к минимальному.









Так работает Dynamic Power Coordination – ядра могут менять состояния независимо друг от друга

Фактически, получается, что второе ядро вовсе не означает двухкратного увеличения энергопотребления и тепловыделения, ведь оно работает только тогда, когда это действительно нужно. Компания Intel называет это красивой и ёмкой фразой Dual-Core Performance on Demand – «производительность двуядерного процессора по требованию». Получается очень удобно: с одной стороны, в случае необходимости процессор может потреблять мало энергии, работая в «одноядерном режиме», а с другой стороны, способен мгновенно перейти в режим высокой производительности, задействовав второе ядро.

Теперь перейдем к еще одной важной технологии, позволяющей увеличить время работы от аккумулятора. Если вы посмотрите на фото процессора, то увидите, что кэш занимает примерно 35-40% площади ядра. Естественно, и энергии он потребляет немало. Поэтому одной из задач инженеров Intel стала минимизация потребления этой части процессора. И с этой задачей они успешно справились, разработав технологию Dynamic Cache Sizing – «динамическое изменение размера кэш-памяти». Работает эта технология просто – отключает простаивающие блоки кэш-памяти.

И даже более того, если информация, содержащаяся в кэше, в течение какого-то времени не используется, то она переносится в оперативную память, а блоки кэша опять-таки отключаются. Учитывая, что объём кэша у ядра Yonah достаточно велик – целых 2 Мбайта – полностью он будет использоваться не так уж часто, особенно при невысокой нагрузке на систему, как это обычно и бывает при работе от батареи. Стало быть, с помощью данной технологии сэкономить можно немало.









Кэша ровно столько, сколько необходимо в данный момент. Все лишнее – выключить

Вплоть до того, что можно полностью отключить кэш, «сбросив» данные в память, и перевести процессор в режим Enhanced Deeper Sleep, в котором потребляется совсем уж мизерное количество энергии.

Охлаждение двуядерного процессора – дело более тонкое, чем охлаждение обычного одноядерного. Поэтому для более надёжного контроля и оптимального режима охлаждения в Yonah используются аж три термосенсонсора!









В новом процессоре имеется целых три термодатчика

Сенсоры имеются на обоих ядрах, кроме того, предусмотрен третий, общий датчик, который призван обеспечивать устойчивость от ошибок и legacy-совместимость.

Как видите, компания Intel провела грандиозную работу по обеспечению минимального энергопотребления и тепловыделения, а также масимально эффективного и безопасного охлаждения.

Как результат, TDP для стандартных двуядерных процессоров Core составляет 31 Вт, а для остальных версий – и того меньше. Полезно будет привести сравнение с процессором Pentium M на ядре Dothan.




Процессор

TDP




Core Duo T

31 Вт

Pentium M

27 Вт

Core Solo T

27 Вт

Core Duo LV

15 Вт

Pentium M LV

14 Вт

Core Duo ULV

9 Вт?

Pentium M ULV

7 Вт

Core 2 Duo





Процессоры Core 2, основанны на принципиально иной по сравнению с Pentium 4 архитектуре.



Архитектура


Процессоры на ядре Conroe, официально называемые Intel Core 2 Duo, как несложно догадаться, являются дальнейшим развитием архитектуры Core. В свою очередь, процессор Core является изрядно переработанной версией не менее удачного процессора Pentium M, который был основой платформы Intel Centrino. Несколько менее очевиден тот факт, что сам Pentium M был мало связан с бывшим тогда на коне Pentium 4, а представлял собой продолжение Pentium III, адаптированное под актуальные потребности, – с широкой шиной, поддержкой новых наборов инструкций и направленностью на минимальное энергопотребление. Таким образом, можно построить следующий эволюционный ряд:







Pentium Pro







Pentium II




Pentium III




Pentium M




Core




Core 2




Итак, архитектура NetBurst, на которой были основаны процессоры Pentium 4, проведя на рынке без малого 6 лет (для сравнения: Pentium, Pentium II и Pentium III существовали на рынке в сумме чуть более 7 лет), теперь получила отставку. В чём-то она была хороша, в чём-то не очень, но то, что теперь с ней можно попрощаться если не навсегда, то как минимум надолго, – это точно.

Intel Core 2 – процессор двухъядерный. Поэтому в первую очередь следует отметить кардинально изменившуюся по сравнению с Pentium D идеологию. Теперь вместо двух практически самостоятельных процессоров в одном сокете, со всеми вытекающими отсюда недостатками, мы имеем полноценный двухъядерный процессор: в Core 2 Duo, как и в первом Core Duo, используется общий кэш второго уровня, к которому оба ядра имеют равноправный доступ.






















В Core 2 Duo реализованы следующие технологии:

Технология Intel Wide Dynamic Execution – повышает производительность и эффективность работы процессора, позволяя каждому ядру исполнять до четырех инструкций за такт с использованием эффективного 14-этапного конвейера

Технология Intel Smart Memory Access – повышает производительность системы путем снижения задержек при доступе к памяти и таким образом оптимизирует использование доступной пропускной способности, благодаря чему процессор получает данные тогда, когда они требуются

Технология Intel Advanced Smart Cache – общая кэш-память 2-го уровня сокращает энергопотребление, сводя к минимуму объём «трафика» в подсистеме памяти, и повышает производительность системы, обеспечивая одному из ядер доступ ко всей кэш-памяти при простое другого ядра

Технология Intel Advanced Digital Media Boost – удваивает скорость выполнения команд, часто используемых в мультимедийных и графических приложениях

Технология Intel 64 Technology – обеспечивает поддержку 64-разрядных вычислений, предоставляя, например, процессору доступ к большему объёму памяти

Поддержка SSE4 - расширение стандартных инструкций x86, предназначенное для повышения скорости обработки мультимедийных данных

Использование техпроцесса 65 нм (в отличии от AMD)

Поддержка технологии Intel Enhanced SpeedStep – динамическое изменение тактовой частоты процессора в зависимости от текущих потребностей в вычислительной мощности

Технология Ultra Fine Grained Power Control – возможность выключения тех блоков процессора, которые в данный момент не используются

Технология cнижения разрядности шины


Наиболее важно здесь следующее: увеличение скорости исполнения инструкций, оптимизация работы с памятью, введение поддержки 64-разрядных вычислений и, наконец, нового набора инструкций SSE4.

Как результат – большая эффективность даже при равной тактовой частоте. А учитывая, что перед настольными процессорами не стоит задача обеспечить минимальное энергопотребление и, следовательно, можно использовать более высокие частоты, чем те, на которых работают мобильные процессоры, несложно догадаться, что Core 2 на ядре Conroe заметно превосходит по производительности Core на ядре Yonah.

Энергопотребление.

Использование техпроцесса 65 нм. Конечно, это не в новинку для процессоров Intel, но выгодно отличает Core 2 от конкурирующих AMD Athlon.

Поддержка технологии Intel Enhanced SpeedStep – динамическое изменение тактовой частоты процессора в зависимости от текущих потребностей в вычислительной мощности.

Технология Ultra Fine Grained Power Control – возможность выключения тех блоков процессора, которые в данный момент не используются. Можете себе представить, сколько экономит энергии эта функция при сравнительно небольших нагрузках – офисной работе или просмотре DVD-фильмов, например.

Снижение разрядности шины. Опять-таки в «лёгких» режимах львиная доля пропускной способности шин не используется, поэтому разрядность их можно снизить без ущерба для текущих потребностей в производительности.

В результате получился самый «холодный» двухъядерный процессор из тех, что используются в настольных компьютерах.



1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15

Похожие:

Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2 iconПрограмма государственного междисциплинарного экзамена по специальности
Эвм как совокупность аппаратных и программных средств. Принцип программного управления фон-Неймана. Понятия архитектуры, организации...
Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2 icon9. Архитектура фон Неймана – основные признаки
В компьютерной науке роль таких фундаментальных идей сыграли принципы, сформулированные независимо друг от друга двумя гениями современной...
Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2 iconОтчет по дисциплине “Организация эвм” Лабораторная работа “Принципы Фон Неймана и логическая схема функционирования эвм”
Заданное арифметическое выражение разложить на уровень элементарных операций; каждой элементарной операции поставить в соответствие...
Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2 iconОтветы к экзамену Традиционные принципы построения ЭВМ. Какие еще принципы построения ЭВМ вы знаете?
Основные из традиционных принципов построения эвм, сформулированные фон Нейманом
Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2 icon1. Часть Техническое обеспечение компьютерных информационных технологий
Революционность идеи фон Неймана состоит в том, чтобы хранить в памяти не только данные, но и способы их обработки для получения...
Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2 icon1. Структура ЭВМ. Основные характеристики устройств ЭВМ
Функциональная и структурная организция вм базируется на определенных принципах,состовляющих методоогическую основу цифровой вычислительной...
Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2 icon8 Технические средства обеспечения безопасности объектов имущества извещатель охранный объемный радиоволновой "фон-1М" (ио 407-4) (81104)
Он предназначен для защиты открытых площадок с ограждением или помещений с большим диапазоном воздействия окружающей среды. "Фон-lM"...
Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2 iconРеферат по литературе на тему
Гингста, переменившего фамилию Гингст на фон Гиппиус и переселившегося в Россию (в Москву) в 16 веке из Мекленбурга (герб фон Гиппиус...
Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2 iconРеферат «Истоия вычислительной техники»
Эвм первого поколения; eniak, мэсм, "Стрела", электронные лампы; перфоленты; Джон фон Нейман; С. А. Лебедев
Перечислите и объясните четыре принципа Фон-Неймана, положенные в основу построения подавляющего большинства ЭВМ. Нарисуйте схему машины Фон-Неймана. 2 iconРабочая программа Наименование дисциплины
Целью курса является привитие студентам навыка автоматизации процесса решения широкого спектра технических задач путём программирования...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница