Курс: Технические средства АИС и телекоммуникационных сетей (стр. 8 )

В центральном процессоре. Кэш работает на внутренней частоте ЦП. Это в два - три раза быстрее, чем во втором варианте. BSB встроена в ЦП. Впервые это решение впервые было реализовано в процессорах Intel Celeron. Емкость кэша для Celeron составляет 128 Кбайт, для K6-III - 256 Кбайт.

Основные параметры процессоров

Основными параметрами процессоров являются: рабочее напряжение, разрядность, рабочая тактовая частота, коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты и размер кэш-памяти.

Рабочее напряжение процессора обеспечивает материнская плата, поэтому разным маркам процессоров соответствуют разные материнские платы (их надо выбирать совместно). По мере развития процессорной техники происходит постепенное понижение рабочего напряжения. Ранние модели процессоров х86 имели рабочее напряжение 5 В. С переходом к процессорам Intel Pentium оно было понижено до 3,3 В, а в настоящее время оно составляет менее 3 В. Процессор состоит из ядра, конструктивно находящегося в центре корпуса, и буферов ввода-вывода. Причем ядро процессора питается пониженным напряжением 2,2 В. Число транзисторов в процессорах колеблется в пределах 7,2 - 10 млн. Пропорционально квадрату напряжения уменьшается и тепловыделение в процессоре, а это позволяет увеличивать его производительность без угрозы перегрева. Такую систему питания называют двойной (Dual Power Plane).

Разрядность процессора показывает, сколько бит данных он может принять и обработать в своих регистрах за один раз (за один такт). Первые процессоры х86 были 16-разрядными. Начиная с процессора 80386 они имеют 32-разрядную архитектуру. Современные процессоры семейства Intel Pentium остаются 32-разрядными, хотя и работают с 64-разрядной шиной данных (разрядность процессора определяется не разрядностью шины данных, а разрядностью командной шины).

В персональном компьютере тактовые импульсы задает одна из микросхем, входящая в микропроцессорный комплект (чипсет), расположенный на материнской плате. Чем выше частота тактов, поступающих на процессор, тем больше команд он может исполнить в единицу времени, тем выше его производительность. Тактовые сигналы процессор получает от материнской платы По чисто физическим причинам материнская плата не может работать со столь высокими частотами, как процессор. Сегодня ее предел составляет 100 - 133 МГц.

Каждое название ЦП представляет собой клон процессоров с одинаковой внешней частотой и с разными внутренними частотами. Внутренняя частота - это та частота на которой работает процессор. При этом некоторые команды выполняются за один такт, а другие требуют несколько тактов. Внешняя частота - это частота системной шины, к которой подключен процессор. Значения внутренней и внешней частот связаны умножителем, показатель которого варьируется в пределах от 3,5 до 5 с шагом 0,5. Таким образом, внутренние частоты имеют значение 400, 433, 466, 500 МГц при внешней частоте 66 МГц и 400, 450, 500 ... МГц при внешней частоте 100 МГц.

С различными устройствами компьютера, и в первую очередь с оперативной памятью, процессор связан несколькими группами проводников, называемых шинами. Основных шин три: шина данных, адресная шина и командная шина.

Возможности ускорения трехмерной графики

В настоящее время трехмерная графика (3D-графика) является наиболее ресурсоемким приложением, определяющим развитие ПК. Для ускорения соответствующих расчетов применяются две схемы:

Конвейер FPU (FPU - блок арифметики с плавающей точкой).

Конвейер специальных мультимедийных команд MMX2.

Большая часть современных 3D-приложений используют конвейер FPU, и только немногие применяют MMX2.

Конвейером FPU оснащены все процессоры Intel, а ЦП Intel Coppermine оснащен MMX2-командами SSE. Процессор AMD K6-x оснащен аналогом MMX2 - командами 3DNow!. Специальные графические платы с геометрическим процессором резко снижают нагрузку на ЦП.

Охлаждение ЦП

Для отвода тепла применяются радиаторы, специальные вентиляторы - кулеры и теплопроводная паста. Применяются различные конструкции высокоэффективных радиаторов, например игольчатые. В некоторых случаях используются дополнительные вентиляторы с регулируемой скоростью вращения. Термопаста нужна для устранения воздушных промежутков между корпусом процессора и радиатором.

Рис 3.5. Кулеры

Технические подробности процессоров х86

Процессоры х86 могут иметь два вида разъемов, отличающихся по исполнению и числу контактов.

Сокетный. Разъем, в который вставляются иголки-контакты, расположенные снизу по периметру ЦП. Примеры: Socket-7 - самый старый, имеет 321 контакт; Socket-370 имеет 370 контактов.

Слотовый. Предназначен для специальной процессорной платы. Представляет собой линейку контактов. Пример: Slot-1 имеет 242 контакта, со временем будет заменен на разъем Socket-370.

Для ускорения обмена с внешними устройствами применяется кэш первого уровня емкостью кратной 16 Кбайтам (обычно 32-64 Кбайта). Он состоит из двух одинаковых по емкости подкэшей: для команд и для данных. Все современные процессоры х86 являются 32-разрядными. Регистры с плавающей точкой имеют длину - 80 разрядов. Интерфейс с системной шиной 64-разрядный.

Применяется конвейерный принцип обработки команд. Каждая команда выполняется блоком исполнения за несколько шагов, начиная с чтения команды из памяти и заканчивая записью результата. Для каждого шага команды выделяется свой исполнительный узел. После выполнения шага одной команды узел приступает к выполнению соответствующего шага другой команды. Таким образом, блок исполнения выполняет одновременно столько команд сколько у него узлов. Если имеется несколько блоков исполнения, то можно за один такт выполнить несколько команд. Такую обработку команд называют суперскалярной. Все современные ЦП имеют 2-3 конвейера для обработки целочисленных команд и 1-2 - для команд с плавающей точкой. Возможна подчиненность однотипных конвейеров, при которой один из них является главным, а второй - вспомогательным. Главный выполняет все команды, а вспомогательный - только некоторые. Иногда практикуется архитектура, применяющая единственный конвейер, совмещающий обработку команд с плавающей точкой с целочисленными командами. Производительность ЦП зависит также от глубины конвейера, т. е. от количества узлов в блоке исполнения. У ЦП Intel глубина составляет 17 ступеней.

Для выполнения операций с плавающей точкой имеется специальный блок FPU (Floating Point Unit). Это позволяет на порядок поднять скорость выполнения таких команд. Соответствующая система команд называется х87 по аналогии с ранее применявшимся сопроцессором для арифметики с плавающей точкой. Наряду с данной применяются системы команд для мультимедиа: MMX и MMX2.

Специфика ММХ-технологии заключается в следующем:

Добавлены 57 специальных целочисленных команд, выполняющихся за один такт.

Используются 64-разрядные регистры, которые не создаются а эмулируются за счет имеющихся 80-разрядных регистров с плавающей точкой.

Обработка нескольких операндов одной командой: от двух до восьми в зависимости от их длины.

Применение ММХ ускоряет вывод 3D-графики на 30%.

ММХ2 состоит из 71 команды, которые оперируют восемью 128-разрядными регистрами. Набор команд применяется при обработке 3D-графики, воспроизведении DVD-видео, программной поддержки модемов, распознавании речи. Данные команды используются пока только в процессоре Intel Pentium III, который имеет один такой конвейер. Процессор AMD K6 использует аналогичную по назначению систему команд 3DNow! Появился он раньше Intel Pentium III, что отражено в названии набора команд. Первоначально 3DNow! содержал 24 команды, но с выходом AMD K7 количество команд возросло до 45. Команды оперируют с восемью 64-разрядными регистрами, и могут одновременно обрабатывать 4 операнда.

Оперативная память

Оперативная память (RAM - Random Access Меmory, память с произвольным доступом) размещается на материнской плате и имеет вид специальных небольших плат (модулей), вставляемых в специальные слоты. С точки зрения физического принципа действия различают динамическую память (DRAM) и статическую (SRAM) память.

Микросхемы динамической памяти используются в качестве основной оперативной памяти компьютера. Ячейки динамической памяти (DRAM) можно представить в виде микроконденсаторов, способных накапливать заряд на своих обкладках. Это наиболее распространенный и экономически доступный тип памяти. Если такую память постоянно не «подзаряжать», утрата данных происходит через несколько миллисекунд. Для борьбы с этим явлением в компьютере происходит постоянная регенерация (освежение, подзарядка) ячеек оперативной памяти. Регенерация осуществляется несколько десятков раз в секунду и вызывает непроизводительный расход ресурсов вычислительной системы.

DRAM представлена двумя типами: асинхронная и синхронная. Асинхронная динамическая память имеет недостаточное быстродействие, что приводит к простою процессора. Синхронная память является в настоящее время наиболее предпочтительной по цене и производительности. Микросхемы статической памяти используются в качестве вспомогательной памяти (так называемой кэш-памяти), предназначенной для оптимизации работы процессора.

Каждая ячейка памяти имеет свой адрес, который выражается числом. В настоящее время в процессорах Intel Pentium и некоторых других принята 32-разрядная адресация. Фактический предельный размер поля оперативной памяти, установленной в компьютере, определяется микропроцессорным комплектом (чипсетом) материнской платы и обычно составляет несколько сот Мбайт. Современные ПК стандартно комплектуются 32-64 Мбайт оперативной памяти.

Основная память в компьютере размещается на стандартных панельках, называемых модулями. Модули оперативной памяти вставляют в соответствующие разъемы на материнской плате. Конструктивно модули памяти имеют два исполнения - однорядные (SIMM-модули) и двухрядные (DIMM-модули), Для SDRAM используются DIMM-модули. Они имеют 168 контактов и таким образом занимают все контакты на шине памяти. Это означает, что их можно использовать по одному. Модули SIMM имеют 72 контакта, и вследствие этого их можно использовать только парами. Многие модели материнских плат имеют разъемы как того, так и другого типа, но комбинировать на одной плате модули разных типов нельзя.