Архитектура процессора
Другие рефераты
Технический университет Молдовы
РЕФЕРАТ ПО ПРОГРАММИРОВАНИЮ
ТЕМА: Память и архитектура процессора
Факультет
CIM
Группа
С - 092
Подготовил
Плис Владимир.
Кишинёв 1999 г.
План:
Введение.
1) Историческая ретроспектива.
2) Архитектурное развитие.
3) Процесс производства.
4) Программная совместимость.
5) Обзор процессоров.
Будущие разработки Intel.
Процессор, или более полно микропроцессор, а также часто называемый ЦПУ
(CPU - central processing unit) является центральным компонентом
компьютера. Это разум, который управляет, прямо или косвенно, всем
происходящим внутри компьютера.
Когда фон Нейман впервые предложил хранить последовательность инструкций,
так называемые программы, в той же памяти, что и данные, это была поистине
новаторская идея. Опубликована она в "First Draft of a Report on the EDVAC"
в 1945 году. Этот отчет описывал компьютер состоящим из четырех основных
частей: центрального арифметического устройства, центрального управляющего
устройства, памяти и средств ввода-вывода.
Сегодня, более полувека спустя, почти все процессоры имеют фон-неймановскую
архитектуру.
Историческая ретроспектива
Как известно, все процессоры персональных компьютеров основаны на
оригинальном дизайне Intel. Первым применяемым в PC процессором был
интеловский чип 8088. В это время Intel располагал выпущенным ранее более
мощным процессором 8086. 8088 был выбран по соображениям экономии: его 8-
битная шина данных допускала более дешевые системные платы, чем 16-битная у
8086. Также во время проектирования первых PC большинство доступных
интерфейсных микросхем использовали 8-битный дизайн. Те первые процессоры
даже не приближаются к мощи, достаточной для запуска современных
приложений.
В таблице ниже приведены основные группы интеловских процессоров от первой
генерации 8088/86 до шестого поколения Pentium Pro и Pentium II:
|Тип/ |Дата|Ширина шины |Внутренни|Скорость шины |Внутренняя |
|Поколение | |данных/ |й кэш |памяти |частота |
| | |адреса | |(MHz) |(MHz) |
|8088/ First |1979|8/20 bit |None |4.77-8 |4.77-8 |
|8086/ First |1978|16/20 bit |None |4.77-8 |4.77-8 |
|80286/ |1982|16/24 bit |None |6-20 |6-20 |
|Second | | | | | |
|80386DX/ |1985|32/32 bit |None |16-33 |16-33 |
|Third | | | | | |
|80386SX/ |1988|16/32 bit |8K |16-33 |16-33 |
|Third | | | | | |
|80486DX/ |1989|32/32 bit |8K |25-50 |25-50 |
|Fourth | | | | | |
|80486SX/ |1989|32/32 bit |8K |25-50 |25-50 |
|Fourth | | | | | |
|80486DX2/ |1992|32/32 bit |8K |25-40 |50-80 |
|Fourth | | | | | |
|80486DX4/ |1994|32/32 bit |8K+8K |25-40 |75-120 |
|Fourth | | | | | |
|Pentium/ |1993|64/32 bit |8K+8K |60-66 |60-200 |
|Fifth | | | | | |
|MMX/ Fifth |1997|64/32 bit |16K+16K |66 |166-233 |
|Pentium Pro/|1995|64/36 bit |8K+8K |66 |150-200 |
|Sixth | | | | | |
|Pentium II/ |1997|64/36 bit |16K+16K |66 |233-300 |
|Sixth | | | | | |
Третье поколение процессоров, основанных на Intel 80386SX и 80386DX, были
первыми применяемыми в PC 32-битными процессорами. Основным отличием между
ними было то, что 386SX был 32-разрядным только внутри, поскольку он
общался с внешним миром по 16-разрядной шине. Это значит, что данные между
процессором и остальным компьютером перемещались на вполовину меньшей
скорости, чем у 486DX.
Четвертая генерация процессоров была также 32-разрядной. Однако все они
предлагали ряд усовершенствований. Во-первых, был полностью пересмотрен
весь дизайн 486 поколения, что само по себе удвоило скорость. Во-вторых,
все они имели 8kb внутреннего кэша, прямо у процессорной логики. Такое
кэширование передачи данных от основной памяти значило, что среднее
ожидание процессора запросов к памяти на системной плате сократилось до 4%,
поскольку, как правило, необходимая информация уже находилась в кэше.
Модель 486DX отличалась от 486SX только поставляемым внутри
математическим сопроцессором. Этот отдельный процессор спроектирован для
проведения операций над числами с плавающей точкой. Он мало применяется в
каждодневных приложениях, но кардинально меняет производительность числовых
таблиц, статистического анализа, систем проектирования и так далее.
Важной инновацией было удвоение частоты, введенное в 486DX2. Это значит что
внутри процессор работает на удвоенной по отношению ко внешней электронике
скоростью. Данные между процессором, внутренним кэшем и сопроцессором
передаются на удвоенной скорости, приводя к сравнимой прибавке в
производительности. 486DX4 развил эту технологию дальше, утраивая частоту
до внутренних 75 или 100MHz, а также удвоив объем первичного кэша до 16kb.
Pentium, определив пятое поколение процессоров, значительно превзошел в
производительности предшествующие 486 чипы благодаря нескольким
архитектурным изменениям, включая удвоение ширины шины до 64 бит. P55C MMX
сделал дальнейшие значительные усовершенствования, удвоив размер первичного
кэша и расширив набор инструкций оптимизированными для мультимедиа
приложений операциями.
Pentium Pro, появившись в 1995 году как наследник Pentium, был первым в
шестом поколении процессоров и ввел несколько архитектурных особенностей,
не встречавшихся ранее в мире PC. Pentium Pro стал первым массовым
процессором, радикально изменившим способ выполнения инструкций переводом
их в RISC-подобные микроинструкции и выполнением их в высокоразвитом
внутреннем ядре. Он также замечателен значительно более производительным
вторичным кэшем относительно всех прежних процессоров. Вместо использования
базирующегося на системной плате кэша, работающего на скорости шины памяти,
он использует интегрированный кэш второго уровня на своей собственной шине,
работающей на полной частоте процессора, обычно в три раза быстрее кэша на
Pentium-системах.
Следующий новый чип после Pentium Pro Intel представил спустя почти
полтора года - появился Pentium II, давший очень большой эволюционный шаг
от Pentium Pro. Это распалило спекуляции, что одна из основных целей Intel
в производстве Pentium II был уход от трудностей в изготовлении дорогого
интегрированного кэша второго уровня в Pentium Pro. Архитектурно Pentium II
не очень отличается от Pentium Pro с подобным эмулирующим x86 ядром и
большинством схожих особенностей.
Pentium II улучшил архитектуру Pentium Pro удвоением размера первичного
кэша до 32kb, использованием специального кэша для увеличения эффективности
16-битной обработки, (Pentium Pro оптимизирован для 32-битных приложений, а
с 16-битным кодом не обращается столь же хорошо) и увеличением размеров
буферов записи. Однако о основной темой разговоров вокруг новых Pentium II
была его компоновка. Интегрированный в Pentium Pro вторичный кэш,
работающий на полной частоте процессора, был заменен в Pentium II на малую
схему, содержащую процессор и 512kb вторичного кэша, работающего на
половине частоты процессора. Собранные вместе, они заключены в специальный
одностороний картридж (single-edge cartridge - SEC), предназначенный для
вставления в 242-пиновый разъем (Socket 8) на нового стиля системных платах
Pentium II.
Основная структура
Основные функциональные компоненты процессора
Ядро: Сердце современного процессора - исполняющий модуль. Pentium имеет
два параллельных целочисленных потока, позволяющих читать,
интерпретировать, выполнять и отправлять две инструкции одновременно.
Предсказатель ветвлений: Модуль предсказания ветвлений пытается угадать,
какая последовательность будет выполняться каждый раз когда программа
содержит условный переход, так чтобы устройства предварительной выборки и
декодирования получали бы инструкции готовыми предварительно.
Блок плавающей точки. Третий выполняющий модуль внутри Pentium, выполняющий
нецелочисленные вычисления
Первичный кэш: Pentium имеет два внутричиповых кэша по 8kb, по одному для
данных и инструкций, которые намного быстрее большего внешнего вторичного
кэша.
Шинный интерфейс: принимает смесь кода и данных в CPU, разделяет их до
готовности к использованию, и вновь соединяет, отправляя наружу.
[pic]
Все элементы процессора синхронизируются с использованием частоты часов,
которые определяют скорость выполнения операций. Самые первые процессоры
работали на частоте 100kHz, сегодня рядовая частота процессора - 200MHz,
иначе говоря, часики тикают 200 миллионов раз в секунду, а каждый тик
влечет за собой выполнение многих действий. Счетчик Команд (PC) -
внутренний указатель, содержащий адрес следующей выполняемой команды. Когда
приходит время для ее исполнения, Управляющий Модуль помещает инструкцию из
памяти в регистр инструкций (IR). В то же самое время Счетчик команд
увеличивается, так чтобы указывать на последующую инструкцию, а процессор
выполняет инструкцию в IR. Некоторые инструкции управляют самим Управляющим
Модулем, так если инструкция гласит 'перейти на адрес 2749', величина 2749
записывается в Счетчик Команд, чтобы процессор
| |  скачать работу |
Другие рефераты
| 
