Процессор шина кэш регистры (3 видео)

Современные компьютеры используют широкий спектр технологий хранения. Каждая технология имеет своё предназначение, которому соответствует её скорость и объём.

Внешние резервные хранилища (магнитные ленты, оптические диски и т.д.)

С точки зрения возможностей и стоимости, эти технологии образуют целый спектр. Например, регистры процессора имеют:

очень большую скорость (время доступа порядка нескольких наносекунд)

очень маленький объём (обычно меньше 200 байт)

очень ограниченные возможности расширения (это может потребовать замены архитектуры процессора)

очень высокую стоимость (больше чем доллар за байт)

С другой стороны находятся внешние резервные хранилища, которые имеют:

очень низкую скорость (время доступа может измеряться днями, если резервный носитель должен храниться на большом расстоянии)

очень большую ёмкость (десятки и сотни гигабайт)

практически неограниченные возможности расширения (ограниченные только пространством, необходимым для складирования носителей)

очень низкую стоимость (доли цента за байт)

Применяя разные технологии с разными возможностями, можно создать такую конструкцию, которая будет обеспечивать максимальную производительность по минимальной цене. Следующие разделы рассказывают обо всех технологиях этого спектра.

Регистры, имеющиеся в конструкции любого современного процессора, имеют разное предназначение: от хранения адреса текущей исполняемой инструкции до хранения и обработки данных более общего характера. Регистры процессора работают со скоростью самого процессора, в противном случае они представляли бы узкое место для компьютера в целом. Объясняется это тем, что, выполняя практически любую операцию, процессор, так или иначе, задействует регистры.

Количество регистров процессора (и их использование) напрямую зависит от архитектуры самого процессора. Изменить число регистров процессора невозможно, если только не перейти на процессор с другой архитектурой. Поэтому число регистров процессора можно считать константой, так как поменять его чрезвычайно трудно и дорого.

Кэш-память играет роль буфера между очень ограниченными, но очень быстрыми регистрами процессора и сравнительно медленной, но гораздо более вместительной основной памятью компьютера, обычно называемой ОЗУ (RAM) [1] . Кэш-память работает примерно со скоростью самого процессора, поэтому, когда процессор обращается к данным в кэше, процессору не приходится ждать этих данных.

Кэш память устроена так, что при попытке прочитать данные из ОЗУ сначала аппаратным образом проверяется, нет ли нужных данных в кэше. Если эти данные в кэше, они быстро извлекаются и используются процессором. Однако в противном случае эти данные считываются из ОЗУ и в момент передачи процессору также помещаются в кэш (на случай, если они понадобятся позже). С точки зрения процессора всё это происходит прозрачно, так как единственное, что отличается между обращениями к данным в кэше или обращением к данным в ОЗУ — это время, необходимое для получения данных.

С точки зрения объёма хранилища, кэш намного меньше ОЗУ. Следовательно, далеко не каждый байт в ОЗУ может найти своё место в кэше. Поэтому кэш необходимо разделить на части, в которых будут кэшироваться разные области ОЗУ, и реализовать механизм, позволяющий в каждом разделе кэша кэшировать в разное время разные области ОЗУ. И хотя размеры кэша и ОЗУ отличаются, с учётом последовательного и локального характера доступа к хранилищу небольшой кэш может эффективно ускорить доступ к ОЗУ большого объёма.

Когда процессор пишет данные, всё выглядит несколько сложней. Запись может производиться двумя способами. В обоих случаях данные сначала записываются в кэш. Однако, так как кэш предназначен для быстрого предоставления копии содержимого определённых областей ОЗУ, при каждом изменении данных новое значение должно попадать и в кэш, и в ОЗУ. В противном случае данные в кэше и в ОЗУ не будут соответствовать друг другу.

Здесь возможны два подхода. При первом подходе, который называется кэшированием со сквозной записью , данные записываются в ОЗУ немедленно. При кэшировании с отложенной записью , запись изменённых данных в ОЗУ выполнятся позже. Смысл этого в том, чтобы сократить число операций записи часто изменяемых данных, которые должны быть записаны в ОЗУ.

Кэширование со сквозной записью реализовать проще, и поэтому оно более распространено. Реализовать кэширование с отложенной записью несколько сложнее, кроме этого, при сохранении данные необходим некоторый механизм пометки кэшированных данных как чистые (данные в кэше соответствуют данным в ОЗУ), или грязные (данные в кэше изменены и это значит, что данные в ОЗУ неактуальны). Также необходимо реализовать механизм периодического сброса «грязных» элементов кэша в ОЗУ.

Подсистема кэша в конструкции современных компьютеров может быть многоуровневой, то есть между процессором и основной памятью может находиться не один кэш, а несколько. Уровни кэша часто нумеруются, при этом, чем меньше номер, тем ближе он к процессору. На многих компьютерах имеется два уровня кэша:

кэш L1, который обычно находится непосредственно внутри процессора и работает со скоростью процессора

кэш L2 обычно является частью процессорного модуля, его скорость равна (или почти равна) скорости процессора, при этом он немного больше и медленнее кэша L1.

Некоторые компьютеры (чаще всего это высокопроизводительные серверы) имеют ещё кэш L3, который обычно расположен на материнской плате. Как можно догадаться, кэша L3 больше (и вероятнее всего медленнее), чем L2.

В любом случае, цель всех подсистем кэширования, как одноуровневых, так и многоуровневых — сократить средняя время доступа к ОЗУ.

ОЗУ в современных компьютерах образует основное электронное хранилище. Оно используется как для хранения данных и программ, пока эти данные и программы используются. Скорость ОЗУ в большинстве современных компьютеров находится между скоростью кэш-памяти и скоростью жёстких дисков, и гораздо ближе к скорости кэша.

Основы организации ОЗУ довольно просты. На самом низком уровне это микросхемы памяти — микросхемы, которые собственно «запоминают» информацию. Эти микросхемы соединяются с внешним миром четырьмя типами контактов:

Контакты питания (чтобы микросхема могла работать)

Контакты данных (чтобы микросхема могла обмениваться данными)

Контакты чтения/записи (определяющие, выполняется ли чтение или запись данных)

Контакты адреса (определяющие, куда записываются или откуда считываются данные)

Ниже перечислены этапы сохранения данных в ОЗУ:

На контактах микросхемы появляются сохраняемые данные.

Видео:ДЛЯ ЧЕГО НУЖЕН КЭШ ПРОЦЕССОРАСкачать

На контактах адреса появляется адрес, по которому будут сохранены данные.

На контакте чтение/запись устанавливается режим записи.

Чтение данных также выполняется просто:

На контактах адреса появляется адрес нужных данных.

На контакте чтение/запись устанавливается режим чтения.

Затребованные данные считываются с контактов данных.

Хотя эти действия кажутся простыми, они выполняются с очень большой скоростью, и время, потраченное на каждое действие, измеряется наносекундами.

Почти все выпускаемые сегодня микросхемы ОЗУ продаются в виде модулей . Каждый модуль представляет собой небольшую плату и содержит несколько отдельных микросхем ОЗУ. Механическая и электрическая конструкция модуля соответствует одному из нескольких стандартов, благодаря чему можно приобретать память самых разных производителей.

Основное преимущество того, что в компьютере используются стандартные модули ОЗУ, заключается в том, что это приводит к снижению цен на память, так как покупать её можно не только у производителя компьютера.

Хотя во многих компьютерах используются стандартные модули памяти, бывают и исключения. Прежде всего, это ноутбуки (хотя и в этой области начинают появляться стандарты) и серверы класса high-end. Однако, даже в этих случаях, если этот компьютер достаточно популярен и не имеет какую-нибудь революционную конструкцию, для него, скорее всего, можно найти модули других производителей.

Все рассмотренные выше технологии являются по сути энергозависимыми . Другими словами, данные, находящиеся в энергозависимом хранилище, при отключении питания пропадают.

Жёсткие диски, напротив, являются энергонезависимыми — хранящиеся на них данные остаются даже при отключении питания. Именно поэтому, в спектре устройств хранения жёсткие диски занимают особое место. Их энергонезависимая природа делает их идеальными для хранения программ и данных, предназначенных для долговременного использования. Ещё одно уникальное свойство жёстких дисков, отличающее их от ОЗУ и кэш-памяти, заключается в том, что программы не могут выполняться непосредственно на жёстком диске, сначала они должны быть загружены в ОЗУ.

Также они отличаются от кэша и ОЗУ скоростью записи и чтения данных; жёсткие диски как минимум на порядок медленнее электронных технологий, используемых в кэш-памяти и ОЗУ. Такая разница в скорости объясняется в основном их электромеханической природой. Каждая передача данных с жёсткого диска или на жёсткий диск состоит из четырёх этапов. Ниже перечислены эти этапы, а также показано, сколько времени в среднем их выполняет типичный высокопроизводительный диск:

Перемещение головок (5,5 миллисекунд)

Вращение диска (0,1 миллисекунды)

Чтение/запись данных (0,00014 миллисекунд)

Передача данных электронике диска (0,003 миллисекунд)

И только последний этап не зависит от механической части.

Внешние резервные хранилища — это следующая после жёстких дисков ступень, с точки зрения как ёмкости (их объём может быть больше), так и скорости (они медленнее). В данном случае ёмкость ограничена фактически только вашими возможностями приобретения и хранения внешних носителей.

В самих таких устройствах используются самые разные технологии. Наиболее распространены:

Конечно, время обращения к внешнем носителям ещё больше, чем к дискам, особенно, когда носитель с нужными данными не загружен в привод. Эту ситуацию можно в какой-то мере исправить, используя автоматические устройства загрузки и смены носителей, но ёмкость хранилища таких устройств будет ограничена. И даже в самом лучшем случае, время доступа измеряется секундами, и намного больше, чем относительно большое (несколько миллисекунд) время доступа, типичное для высокопроизводительных жёстких дисков.

Теперь, когда мы познакомились с различными применяемыми сегодня технологиями хранения, давайте рассмотрим принципы виртуальной памяти.

Замечания[1]

Хотя RAM расшифровывается как «Random Access Memory» (Память с произвольным доступом) и это можно легко отнести к любой технологии хранения, предоставляющей не только последовательный доступ, системные администраторы, говоря о RAM, имеют в виду оперативную память компьютера.

Внутренняя шина и регистры процессора

Термины- характеристики современных процессоров

Ядро
Название ядра в процессоре.
Ядро — это главная часть центрального процессора (CPU). Оно определяет большинство параметров CPU, прежде всего — тип сокета (гнезда, в которое вставляется процессор), диапазон рабочих частот и частоту работы внутренней шины передачи данных (FSB). Ядро процессора характеризуется следующими параметрами: технологический процесс, объем внутреннего кэша первого и второго уровня, напряжение и теплоотдача (насколько сильно будет нагреваться процессор). Прежде чем покупать CPU с тем или иным ядром, необходимо удостовериться, что ваша материнская плата сможет работать с таким процессором. В рамках одной линейки могут существовать CPU с разными ядрами. Например, в линейке Pentium IV присутствуют процессоры с ядрами Northwood, Prescott, Willamette.

Внутренняя шина и регистры процессора

Хоть процессор и получает данные из оперативной памяти с помощью некоторой ширины, это не значит, что внутри он может обрабатывать данные такой же разрядности.

Количество битов данных, которые может обработать процессор за один прием, характеризуется разрядностью внутренних регистров.

Регистр — это по существу ячейка памяти внутри процессора. Разрядность регистров определяет характеристики программного обеспечения и команд, выполняемых процессором. Например, процессоры с 32-разрядными внутренними регистрами могут выполнять 32-разрядные команды, которые обрабатывают данные 32-разрядными порциями, а процессоры с 16-разрядными регистрами этого делать не могут.

Кроме того, в зависимости от структуры регистров различают два основных типа процессоров:

RISC — Reduced (Restricted) Instruction Set Computer — процессоры (компьютеры) с сокращенной системой команд. Эти процессоры обычно имеют набор однородных регистров универсального назначения; их система команд отличается относительной простотой.

В результате аппаратная реализация такой архитектуры позволяет с небольшими затратами выполнять эти инструкции за минимальное (в пределе 1) число тактов синхронизации.

Видео:КАК работает ПРОЦЕССОР? ОБЪЯСНЯЕМСкачать

CISC — Complete Instruction Set Computer — процессоры с полным набором инструкций, к которым относится и семейство х86. Состав и назначение их регистров существенно неоднородны, широкий набор команд усложняет декодирование инструкций, на что расходуются аппаратные ресурсы. Возрастает число тактов, необходимое для выполнения инструкций.

Практически во всех современных процессорах внутренние регистры являются 32-разрядными (исключения Itanium от Intel и Hammer от AMD).

Шина- это магистраль, связывающая некоторые компоненты компьютера между собой.

Электрически шина — это провода, обеспечивающие передачу электрического сигнала. Естественно характеризовать шину скоростью, с которой по ней могут передаваться данные.

Шина данных процессора

Одной из самых общих характеристик процессора является разрядность его шины данных и шины адреса.

Когда говорят о шине процессора, обычно имеют ввиду шину данных, которая является набором соединений, для передачи и приема данных. Чем больше сигналов одновременно поступает на шину, тем больше данных по ней передается за определенный интервал времени, и тем быстрее она работает.

Разрядность шины данных подобна количеству полос автомагистрали — чем больше полос, тем больше поток машин, чем шире шина данных, тем больше данных за одинаковые промежутки времени по ней передается.

В процессоре 286 для приема и передачи двоичных данных используется 16 соединений, поэтому их шина данных считается 16-разрядной.

У 32-х разрядных процессоров (например, 486), таких соединений вдвое больше, поэтому за единицу времени они передают и получают вдвое больше данных, чем 16-и разрядные процессоры — разумеется, эффективность выше.

Современные процессоры (начиная с Pentium) имеют 64-х разрядную шину данных, поэтому они могут передавать в системную память по 64 бита за один такт. Такая реализация позволяет ускорить обмен данными между быстрым процессором и относительно медленным ОЗУ при неизменной рабочей частоте последнего за счёт повышения пропускной способности шины данных.

Разрядность шины данных процессора определяет также разрядность банка памяти. Это значит, что, например, 32-х разрядный процессор (например, 486) считывает из памяти и записывает в память 32 бита одновременно.

Процессоры класса Pentium и выше считывают и записывают при операциях с памятью 64 бита одновременно.

В современных процессорах внешняя шина данных 64-разрядная, а регистры и внутренняя шина процессора по-прежнему 32-разрядны. В современном процессоре (например, Pentium) для обработки информации, поступающей по внешней 64-разрядной шине данных, существует два обрабатывающих ее 32-разрядных блока, называемых конвейерами.

Такой процессор напоминает два объединенных в одном корпусе 32-разрядных процессора, а 64-разрядная внешняя шина данных позволяет быстрее наполнить регистры процессора.

Такая архитектура, применяющая для обработки поступивших данных несколько конвейеров, называется суперскалярной и применяется сегодня во всех современных процессорах

Шина адреса

Шина адреса представляет собой набор проводников, по которым передается адрес ячейки памяти, в которую или из которой пересылаются данные. По каждому проводнику передается один бит адреса, соответствующий одной цифре в адресе. Увеличение количества проводников (разрядов шины) используемых для формирования адреса, позволяет увеличить количество адресуемых ячеек. Разрядность шины адреса определяет максимальный объем памяти, адресуемой процессором.

Например: процессор 8086 имел адресную шину 20 бит. Тогда он мог адресовать байт оперативной памяти, т.е. 1 Мбайт.

Таким образом, максимальный объем оперативной памяти, поддерживаемой процессором 8086, составляет 1 Мбайт.

286-ой процессор имел адресную шину равную 24 битам, адресуя, таким образом, уже 16 Мбайт. Современные процессоры имеют адресную шину равной 36 бит, что соответствует поддерживаемой оперативной памяти объемом 64 Гбайт!

Процессор Pentium 4 имеет разрядность 64/32, и его адресное пространство составляет 64 Гб.

Шины данных и адреса независимы, и разработчики микросхем выбирают их разрядность по своему усмотрению. Разрядность этих шин является показателем возможностей процессора: разрядность шины данных определяет возможности процессора быстро обмениваться информацией, разрядность адресной шины определяет объем поддерживаемой процессором памяти.

Многоядерная архитектура

Количество ядер

Новая технология изготовления процессоров позволяет разместить в одном корпусе более одного ядра. Наличие нескольких ядер значительно увеличивает производительность процессора. Например, в линейке Core 2 Duo используются двухъядерные процессоры, а в модельном ряду Core 2 Quad — четырехъядерные.

Мультиядерность в текущем понимании Intel – это один из трех возможных вариантов:

1. Независимые процессорные ядра, каждое со своей кэш-памятью, расположены на одном кристалле и просто используют общую системную шину. Это — 90-нанометровый Pentium D на ядре Smithfield.

2. Похожий вариант – когда несколько одинаковых ядер расположены на разных кристаллах, но объединены вместе в одном корпусе процессора (многочиповый процессор). Это 65-нанометровое поколение процессоров семейств Pentium и Xeon на ядрах Presler и Dempsey.

3. Ядра могут быть тесно переплетены между собой на одном кристалле и использовать некоторые общие ресурсы кристалла (скажем, шину и кэш-память). Таким является Itanium на ядре Montecito.

«Классическая» двухпроцессорная система с двухъядерными процессорами

Организация «системы в целом» у Intel столь же традиционна, сколь и устройство двухъядерного процессора. В ней есть несколько «равноправных» центральных процессоров (как правило, разделяющих общую шину); есть оперативная память и есть разной степени быстродействия периферия.

Весь этот комплект объединяется в единое целое специальным коммуникационным процессором – «северным мостом» (Northbridge) чипсета. Через него проходят все потоки данных, которые только зарождаются в компьютере.

Образно говоря, если «процессоры» — это «головы» компьютера, то северный мост – это его сердце.

Подобный «централизованный» подход, во-первых, отличается относительной простотой, а во-вторых, удобен тем, что в нём каждый компонент компьютера получается узкоспециализированным, и поддающимся модернизации независимо от других компонентов.

• APIC (Advanced Programmable Interrupt Controller) – одна из важнейших схем любого компьютера. Это схема, занимающаяся сбором и обработкой возникающих в компьютере прерываний.

Видео:КАК РАБОТАЕТ КЭШ ПРОЦЕССОРА | ОСНОВЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯСкачать

(Как работает? Нажал пользователь клавишу на клавиатуре – контроллер клавиатуры зафиксировал это событие, занес код нажатой клавиши в свою встроенную память – и сгенерировал прерывание – выдал по специальной линии сигнал-запрос с просьбой прервать выполнение текущей программы и обработать событие «нажата клавиша на клавиатуре»).

Это «классическая» задача Interrupt Controller-ов: они позволяют процессору не терять зря время, регулярно опрашивая каждое из устройств на предмет того, «а не случилось ли там чего-нибудь за последние 10 мс».

Но задачи IC не ограничиваются только этим: помимо аппаратных существуют еще и программные прерывания (exceptions), которые генерирует не периферия, а сам процессор – в случае возникновения какой-либо нештатной ситуации.

Реакция на каждое из прерываний задается вектором прерываний – набором адресов в памяти, описывающих «что делать дальше» процессору в случае возникновения прерывания: какие функции (обработчики прерывания) ему в этом случае необходимо выполнять.

• DMA (Direct Memory Access) – это своеобразный «альтернативный процессор», который занимается в чипсете обработкой «фоновых» задач, связанных с периферией.

• GART (Graphical Address Relocation Table) появился в компьютерах одновременно с шиной AGP: это небольшая схема, которая обеспечивает графическому ускорителю доступ к системной памяти процессора.

Её задачи – реализация механизма виртуальной памяти для GPU, то есть отображение «линейного» адресного пространства, с которым работает ускоритель, на «реальное», произвольным образом «перетасованное» с «обычными данными».

Позволяет современным 3D-ускорителям использовать не только свою видеопамять, но и «основную» системную память компьютера.

Кэширование

Кэширование — это использование дополнительной быстродействующей памяти для хранения копий блоков информации из основной (оперативной) памяти, вероятность обращения к которым в ближайшее время велика.

Различают кэши 1-, 2- и 3-го уровней (обозначаются L1, L2 и L3 — от Level 1, Level 2 и Level 3). Кэш 1-го уровня имеет наименьшую латентность (время доступа), но малый размер, кроме того, кэши первого уровня часто делаются многопортовыми.

Процессоры AMD K8 умели производить одновременно 64-битные запись и чтение, либо два 64-битных чтения за такт.

AMD K8L может производить два 128-битных чтения или записи в любой комбинации.

Процессоры Intel Core 2 могут производить 128-битные запись и чтение за такт. Кэш 2-го уровня обычно имеет значительно большую латентность доступа, но его можно сделать значительно больше по объему.

Кэш 3-го уровня самый большой по объёму и довольно медленный, но всё-же он гораздо быстрее, чем оперативная память.

Объем кэша L1(от 8 до 128 Кб)

Объем кэш-памяти первого уровня.

Кэш-память первого уровня — это блок высокоскоростной памяти, расположенный прямо на ядре процессора. В него копируются данные, извлеченные из оперативной памяти.

Сохранение основных команд позволяет повысить производительность процессора за счет более высокой скорости обработки данных (обработка из кэша быстрее, чем из оперативной памяти). Емкость кэш-памяти первого уровня невелика и исчисляется килобайтами. Обычно «старшие» модели процессоров обладают большим объемом кэша L1.
Для многоядерных моделей указывается объем кэш-памяти первого уровня для одного ядра.

Объем кэша L2 (от 128 до 12288 Кб)
Объем кэш-памяти второго уровня.
Кэш-память второго уровня — это блок высокоскоростной памяти, выполняющий те же функции, что и кэш L1, однако имеющий более низкую скорость и больший объем.

Если вы выбираете процессор для ресурсоемких задач, то модель с большим объемом кэша L2 будет предпочтительнее.
Для многоядерных процессоров указывается суммарный объем кэш-памяти второго уровня.

Объем кэша L3 (от 0 до 16384 Кб)
Объем кэш-памяти третьего уровня.
Интегрированная кэш-память L3 в сочетании с быстрой системной шиной формирует высокоскоростной канал обмена данными с системной памятью.

Как правило, кэш-памятью третьего уровня комплектуются только CPU для серверных решений или специальные редакции «настольных» процессоров. Кэш-памятью третьего уровня обладают, например, такие линейки процессоров, как Intel Pentium 4 Extreme Edition, Xeon DP, Itanium 2, Xeon MP и прочие.

Частота шины
Частота шины данных (Front Side Bus, или FSB). Шина данных — это набор сигнальных линий для передачи информации в процессор и из него.
Частота шины — это тактовая частота, с которой происходит обмен данными между процессором и системной шиной компьютера.
В современных процессорах Intel Pentium 4, Pentium M, Pentium D, Pentium EE, Xeon, Core и Core 2 используется технология Quad Pumping, которая позволяет передавать четыре блока данных за один такт. При этом эффективная частота шины увеличивается в четыре раза. Для указанных процессоров в поле «Частота шины» приводится эффективная, то есть увеличенная в четыре раза, частота шины.
В процессорах компании AMD Athlon 64 и Opteron использована технология HyperTransport. Она позволяет процессору и оперативной памяти взаимодействовать эффективнее, что положительно сказывается на общей производительности системы.

Коэффициент умножения (от 6.0 до 30.0).

Значение коэффициента умножения процессора, на основании которого производится расчет конечной тактовой частоты процессора.
Тактовая частота процессора вычисляется как произведение частоты шины (FSB) на коэффициент умножения. Например, частота шины (FSB) составляет 533 Mhz, коэффициент умножения — 4.5, получаем: 533*4.5= 2398,5 Mгц. Это и будет тактовой частотой работы процессора. Почти у всех современных процессоров данный параметр является заблокированным на уровне ядра и не поддается изменению.
В современных процессорах Intel Pentium 4, Pentium M, Pentium D, Pentium EE, Xeon, Core и Core 2 используется технология Quad Pumping, которая позволяет передавать четыре блока данных за один такт, при этом эффективная частота шины увеличивается в четыре раза.

Для указанных процессоров в поле «Частота шины» приводится эффективная, то есть увеличенная в четыре раза, частота шины. Для получения физической частоты шины нужно эффективную частоту разделить на четыре.

Максимальная рабочая температура (от 54.8 до 105 C)
Допустимая максимальная температура поверхности процессора, при которой возможна нормальная работа.
Температура процессора зависит от его загруженности и от качества теплоотвода. В холостом режиме и при нормальном охлаждении температура процессора находится в пределах 25-40°C, при высокой загруженности она может достигать 60-70 градусов.
Для процессоров с высокой рабочей температурой рекомендуются мощные системы охлаждения.

Напряжение на ядре (от 0.65 до 1.75 В)
Номинальное напряжение питания ядра процессора.
Этот параметр указывает напряжение, которое необходимо процессору для работы (измеряется в вольтах). Он характеризует энергопотребление процессора и особенно важен при выборе CPU для мобильной, нестационарной системы.

Поддержка 3DNow
Поддержка технологии 3DNow!.
3DNow! — это технология, представляющая собой набор из 21 дополнительной команды. Она предназначена для улучшенной обработки мультимедийных приложений. Эта характеристика относится только к процессорам производства компании AMD.

Поддержка AMD64/EM64T
Поддержка технологии AMD64 или EM64T.
Процессоры с 64-битной архитектурой могут одинаково эффективно работать как со старыми 32-битными приложениями, так и с 64-битными, которые становятся в последнее время все более популярными.

Примеры линеек с 64-битной архитектурой: AMD Athlon 64, AMD Opteron, Core 2 Duo, Intel Xeon 64 и прочие.

Процессоры с поддержкой 64-битной адресации работают с оперативной памятью свыше 4 Гб, что недоступно традиционным 32-битным CPU. Для использования преимуществ 64-битных процессоров необходимо, чтобы ваша операционная система была адаптирована к ним.
Реализация 64-битных расширений в процессорах AMD называется AMD64, в моделях от Intel — EM64T.

Поддержка HT
Поддержка технологии Hyper-Threading (HT).
Технология Hyper-Threading, разработанная компанией Intel, позволяет процессору выполнять параллельно два потока команд (или две части программы).

Это значительно повышает эффективность выполнения специфических приложений, связанных с аудио- и видеоредактированием, 3D-моделированием и т.п., а также работы в многозадачном режиме.

Видео:05. Основы устройства компьютера. Регистры и команды процессора. [Универсальный программист]Скачать

Однако в некоторых приложениях использование этой технологии может приводить к обратному эффекту, поэтому при необходимости ее можно отключить.

Поддержка NX Bit
NX Bit представляет собой технологию, которая может предотвращать исполнение вредоносного кода некоторых видов вирусов. Она поддерживается в операционной системе Windows XP и во всех 64-битных операционных системах.

Поддержка SSE2
Технология SSE2 включает в себя набор команд, разработанных компанией Intel в дополнение к своим предыдущим технологиям SSE и MMX. Эти команды позволяют добиться существенного прироста производительности в приложениях, оптимизированных под SSE2. Данную технологию поддерживают практически все современные модели.

Поддержка SSE3
SSE3 — технология, представляющая собой набор из 13 новых команд, призванных улучшить производительность процессора в ряде операций потоковой обработки данных.

Поддержка SSE4
SSE4 — технология, представляющая собой набор из 54 новых команд. Они призваны увеличить производительность процессора в работе с медиаконтентом, в игровых приложениях, задачах трехмерного моделирования.

Поддержка Virtualization Technology
Virtualization Technology позволяет запускать на одном компьютере несколько операционных систем одновременно. Таким образом, с помощью виртуализации одна компьютерная система может функционировать как несколько виртуальных систем.

Сокет
Тип сокета — разъема для установки процессора на материнской плате. Как правило, тип сокета характеризуется количеством ножек и производителем процессора. Разные сокеты соответствуют разным типам процессоров.
Современные процессоры Intel используют сокет LGA775 и LGA1366, процессоры AMD — сокеты AM2 и AM2+.

Тепловыделение (от 10 до 165 Вт)
Величина тепловыделения процессора.
Тепловыделение — это мощность, которую должна отводить система охлаждения, чтобы обеспечить нормальную работу процессора. Чем больше значение этого параметра, тем сильнее греется процессор при работе.
Процессор с низким тепловыделением легче охлаждать, и, соответственно, его можно сильнее разогнать.
Однако следует обратить внимание, что производители процессоров по-разному измеряют тепловыделение, поэтому их сравнение корректно только в рамках одного производителя

Техпроцесс
Техпроцесс — это масштаб технологии, которая определяет размеры полупроводниковых элементов, составляющих основу внутренних цепей процессора (эти цепи состоят из соединенных соответствующим образом между собой транзисторов). Совершенствование технологии и пропорциональное уменьшение размеров транзисторов способствуют улучшению характеристик процессоров.

Для сравнения, у ядра Willamette, выполненного по техпроцессу 0.18 мкм — 42 миллиона транзисторов, а у ядра Prescott, техпроцесс 0.09 мкм — 125 миллионов.

Частота процессора (от 900 до 3800 МГц)
Тактовая частота процессора.
Тактовая частота — это количество тактов (операций) процессора в секунду. Тактовая частота процессора пропорциональна частоте шины (FSB). Как правило, чем выше тактовая частота процессора, тем выше его производительность. Но подобное сравнение уместно только для моделей одной линейки, поскольку, помимо частоты, на производительность процессора влияют такие параметры, как размер кэша второго уровня (L2), наличие и частота кэша третьего уровня (L3), наличие специальных инструкций и другие.

Шина EV -6( AMD )

Шина компании Advanced Micro Devices (AMD). Для обмена с системной памятью.

По словам основателя и исполнительного директора (CEO или Chief Executive Officer) компании Джерри Сандерса (Jerry Sanders), процессор К7 , выпушенный в 1999 году в картридже, физически совместим (то есть, имеет такое же количество и расположение контактов) с патентованным разъемом Slot 1 компании Intel. При этом новый разъем компании AMD (рабочее название — Slot A) не будет электрически совместим со Slot 1, то есть AMD не собирается нарушать патенты Intel. В качестве системной шины К7 будет использовать шину ввода/вывода процессора Alpha 21264 (внутреннее название EV-6) компании Digital Equipment.

Что же представляет собой эта шина?

EV-6 уже работает на частоте 333 MHz,.

По этому показателю EV-6 более чем в три раза превосходит 100-мегагерцовые шины Socket 7 и Р6. Кроме того, хотя спецификация EV-6 не определяет специальной шины для обмена с кэшем L2, разработчики могут добавлять ее при необходимости — так, например, «верхние» модели процессора Digital 21264 имеют 128-разрядную дополнительную шину, что в два раза «шире», чем у Pentium II.

Возникает вопрос: как удалось заставить EV-6 работать на такой частоте, если переход даже с 66 MHz на 100MHz сопряжен с громадными техническими сложностями. Дело в том, что EV-6, в общем-то, не является шиной в привычном понимании этого слова.

EV-6 же представляет собой просто 64-битный канал обмена между процессором и чипсетом. Каждый процессор в многопроцессорной системе должен иметь свою шину EV-6.

Обмен с системной памятью, PCI и AGP осуществляется чипсетом, причем каждая шина может работать на своей частоте.

Преимущества EV-6 очевидны. Поскольку главным «узким местом» современных процессоров является обмен с системной памятью, повышенная пропускная способность позволит уменьшить время простоя процессора при заполнении линии кэша.

Но при этом просто взять, и поднять частоту шины, увеличив, таким образом, ее пропускную способность весьма непросто. Нужно быть готовым к тому, что имеющееся оборудование наверняка не будет работать с новой частотой шины, и придется разрабатывать новое оборудование.

Второй способ увеличить пропускную способность канала обмена в приведенном выше примере еще более прост! Нужно просто добавить еще один (или несколько) проводов, по которым передаются данные! При этом частота остается той же, имеющееся оборудование будет работать, а передача данных происходит параллельно по двум или нескольким проводам. В таком случае говорят об увеличении ширины шины. Если в случае одного провода за один такт периодического сигнала передают один бит, то в случае, когда шина состоит из N проводов, за один такт можно передать N бит, поэтому ширину шины измеряют в битах, а физически это соответствует количеству проводов в шине, использующихся для передачи данных. Итак, говорят о разрядности шины и измеряют ее в битах. Чем больше разрядность, чем больше и пропускная способность шины.

Самой первой шиной для подключения плат расширения была разработанная для самых первых РС шина, названная XT-Bus (еще ее иногда называют ISA8). Это была восьмиразрядная шина, а частота, на которой она работала, составляла всего лишь 4,77 МГц.

Столь малая частота работы шины XT-Bus объясняется тем, что и процессор в самом первом компьютере IBM PC работал на частоте 4,77 МГц. Естественно, даже теоретическая пропускная способность такой шины 1байт х 4,77МГц = 4,77Мбайт/с (а реальная производительность шины заметно меньше), не может надолго удовлетворить потребности в пропускной способности, поэтому

для новых систем в 1984 году была разработана модификация шины XT-Bus, названная ISA.

Шина ISA была 16-разрядной, в отличии от своей восьмиразрядной предшественницы, кроме того частота шины ISA была поднята примерно до 8 МГц. Таким образом, пропускная способность новой шины увеличилась по сравнению с XT-Bus почти вчетверо.

В ситуации, когда нужно разработать новую шину для подключения внешних устройств, всегда есть два пути.

Путь первый — разработать с нуля новую шину, новый разъем, новую логику работы не имея необходимости тащить за собой недостатки прошлого.

И путь второй — разработать новую шину как улучшение предыдущей, сохранив при этом совместимость. Именно второй путь обычно и избирают, если только имеется техническая возможность сделать это.

Дело в том, что разработав и внедрив

новую шину, не совместимую со старой, производитель не вызовет особой радости у пользователя, который, купив новую материнскую плату и процессор, убедится, что все прочие платы расширения, которыми он пользовался ранее, теперь можно выбросить, так как установить их в новый компьютер нельзя. И шина ISA — это улучшенная XT-Bus, сохранившая с XT-Bus совместимость. Естественно, эта совместимость выражается и в организации логики обмена по шине, и в разъеме. Т.е. шина ISA является совместимой с XT-Bus в том смысле, что старую XT-Bus плату можно установить в разъем ISA и она при этом будет работать. Итого: в разъем ISA можно вставить как 16-разрядную, специально разработанную для ISA плату, так и старую, разработанную для XT-Bus плату.

Но, разумеется, новая шина удовлетворяет потребности только лишь некоторое время. И затем снова встает вопрос о разработке новой шины для подключения плат расширения. В 1988 году такие фирмы, как Wyse, AST Research, Tandy, Compaq, Hewlett-Packard, Zenith, Olivetti, NEC и Epson предложили 32 — битное расширение шины ISA, так называемую шину EISA .

Поскольку дальше удлинять разъем ISA было некуда, разработчики нашли оригинальное решение: новые контакты были размещены между контактами шины ISA и не были доведены до края разъема. Специальная система выступов на разъеме и щелей в EISA-картах позволяла им глубже заходить в разъем и подсоединяться к новым контактам. (Правда, утверждают, что при большом желании можно запихнуть и ISA-карту так, чтобы она замкнула EISA-контакты). Т.е. разъем EISA содержал дополнительные контакты, которые и обеспечивали 32 — битное расширение в глубине. И в разъем EISA можно было вставлять как обычные ISA платы, т.е. обеспечивалась совместимость, так и специально разработанные EISA платы. Однако архитектура EISA не прижилась.

Видео:АПС Л14. ШиныСкачать

Фактически переступив через EISA, индустрия использовала следующую разработку, шину, которая называлась локальная шина VESA , или VL-Bus — VESA Local Bus.

Разъем шины VESA состоял из разъема ISA и еще одного блока, обеспечивавшего дополнительные контакты, которые позволяли реализовать по шине VESA 32-битный обмен. Кроме того, разъем VESA работал не на частоте 8 МГц, а на частоте процессора, установленного в системе, что в то время составляло 25-50 МГц! Таким образом, шина была вдвое шире (в смысле разрядности :)), чем ISA, да еще и работала на частоте, в несколько раз большей, обеспечивая огромный рывок вперед по пропускной способности!

Эпоха последовательных шин

Итак, ни для кого не секрет что в наше время, идеальный внешний интерфейс, так или иначе, является последовательным. Прошли времена многожильных центрониксов, и толстенных (обухом не перешибешь) SCSI шлангов — фактически, наследия еще до PC-шных времен.

Переход происходил медленно, но верно: сначала клавиатура и мышь, затем модем, затем, через годы и годы — сканеры и принтеры, видеокамеры, цифровые фотоаппараты. USB, IEE1394, USB 2.

На данный момент, вся потребительская внешняя периферия перебралась на последовательные соединения. Преимущества очевидны — в наше время выгоднее заложить максимум функциональности в чип, нежели иметь дело с избыточными объемами контактов, шлангами с сотней проводов внутри, недешевыми пайкой, экранированием, разводкой и медью.

Сформулируем преимущества последовательных шин и интерфейсов:

1. Выгодный перенос все большей части практической реализации шины на кремний, что облегчает отладку, повышает гибкость и сокращает время разработки;

2. Перспектива органично использовать в будущем иные носители сигнала, например оптические;

3. Экономия пространства и снижение сложности монтажа;

4. Проще реализовывать горячие подключения и динамическую конфигурацию в любом смысле;

5. Возможность выделять гарантированные каналы;

6. Переход от разделяемых шин с арбитражем и непредсказуемыми прерываниями, неудобными для надежных/критических систем к более предсказуемым соединениям точка-точка;

7. Лучшая с точки зрения затрат и более гибкая с точки зрения топологии масштабируемость;

В будущем же следует ожидать массового перехода на беспроводные шины.

Обсудим все преимущества на конкретном примере — новой стандартной системной шине PCI Express, массовое распространение которой на сегмент PC и средних/малых серверов уже наблюдается.

PCI Express

· Последовательная системная шина общего назначения;

· Имя — PCI Express, на стадии проектирования была также известна как 3GIO (Ввод-вывод третьего поколения), причем оба названия (3GIO и PCI Express) являются зарегистрированными торговыми марками;

· Дата рождения — 22 июля 2002 года — опубликована базовая спецификация протокола и сигнального уровня, а также базовая спецификация и энергопотребление карт и разъемы;

· Фактически — совокупность независимых самостоятельных последовательных каналов передачи данных;

· Сигнальный уровень 0.8 вольт. Каждый канал состоит из двух дифференциальных сигнальных пар (необходимо только 4 контакта):

· Используется избыточное защищенное от помех кодирование — каждый байт при передаче представляется десятью битами;

· Пропускная способность 2.5 Гигабита (250 МБ) в секунду для одного канала в каждом направлении одновременно (полный дуплекс), однако, следует учесть, что эффективная скорость передачи данных за вычетом избыточного кодирования составляет 2 Гигабита (200 МБ) ровно;

· Стандартизированы 1, 2, 4, 8, 16 и 32 канальные варианты (до 6.4 эффективных Гигабайт в секунду соответственно, при передаче в одну сторону и вдвое больше при передаче в обоих направлениях). При передаче данных они передаются параллельно (но не синхронно) по всем доступным каналам:

· Вся контрольная информация передается по тем же линиям что и данные, используется стек протоколов, из нескольких уровней, включая маршрутизацию данных:

· Стандарт предусматривает и альтернативные носители сигнала, такие как оптические волноводы;

· Возможность динамического подключения и конфигурации устройств;

· Возможность распознавания и использования альтернативных (улучшенных) протоколов обмена.

Термины- характеристики современных процессоров

Внутренняя шина и регистры процессора

источники:

Видео:03. Основы устройства компьютера. Память и шина. [Универсальный программист]Скачать