Устройство и ремонт персонального компьютера (стр. 20 )

·  Поддержка со стороны системной платы. Системная плата должна располагать дополнительными процессорными разъемами для установки нескольких процессоров, а комплект микросхем должен обеспечивать управление микропроцессорной конфигурацией.

·  Поддержка со стороны процессора. Процессоры должны быть приспособлены для работы в многопроцессорных системах. Для подбора соответствующих процессоров необходимо обратиться за помощью к документации на системную плату.

·  Поддержка со стороны операционной системы. Многопроцессорные системы обслуживают такие операционные системы как Windows NT/200Q/XP или UNIX. Windows 98 не поддерживает многопроцессорность.

Многопроцессорные компьютеры хороши для выполнения на них специального прикладного программного обеспечения. Многопроцессорный компьютер работает под управлением операционной системы, которая распределяет различные задачи по разным процессорам компьютера. Прикладные программы, написанные для многопроцессорного компьютера, должны состоять из отдельных потоков, которые могли бы выполняться независимо друг от друга. Это дает возможность операционной системе запускать их на разных процессорах одновременно и за счет этого увеличивать производительность компьютера в целом. Если же прикладное программное обеспечение не отвечает требованиям многопроцессорной системы, то такая система не даст преимущества хотя операционная система сможет использовать дополнительные процессоры в том случае, когда необходимо выполнять несколько приложений одновременно.

Многопроцессорные системы могут быть асимметричными или симметричными. Эти термины характеризуют то, как операционная система распределяет задачи между процессорами компьютера. В асимметричных системах некоторые процессоры заняты выполнением только системных задач, а другие процессоры выполняют только прикладные программы. При жестком распределении процессоров по типам задач наблюдается снижение производительности в те периоды, когда компьютеру необходимо выполнять больше системных задач, чем прикладных иди наоборот. Симметричная многопроцессорность (SMP — symmetric multi processing) позволяет на любом процессоре выполнять любые задачи — системные или прикладные. Это более гибкий подход построения многопроцессорных систем, и он позволяет достичь большей производительности. Большинство многопроцессорных системных плат для персональных компьютеров предназначены для построения симметричных многопроцессорных систем.

Для того чтобы процессор мог работать в многопроцессорном компьютере в режиме SMP, он должен поддерживать многопроцессорный протокол, который определяет способ общения процессоров друг с другом и с системным комплектом микросхем. Процессоры Intel используют протокол SMP под названием “АРIС”, а комплекты микросхем Intel, которые поддерживают многопроцессорность, разработаны для реализации этого протокола. Протокол АРIС является патентованным стандартом компании Intel. Поэтому хотя процессоры AMD и Cyrix и являются совместимыми с процессорами Intel, они не могут использовать этот протокол в SMP - конфигурациях. Компании AMD и Cyrix разработали свой собственный SMP - протокол под названием Open - PIC.

4.1.10. Мультимедийные расширения

С увеличением количества мультимедийных программ (графических приложений, презентаций и т. п.) для проведения интенсивных вычислений стало не хватать пропускной способности процессора. Возникла потребность в увеличении скорости выполнения некоторых вычислительных операций, необходимых для выполнения мультимедийных и коммуникационных приложений. В то время как эти операции составляют не более 10% объема программы, их выполнение занимало до 90% времени. Компании Intel и AMD стали состязаться в создании лучших мультимедийных расширений для своих процессоров

4.1.10.1. ММХ

В 1996г. компания Intel ввела в процессоры семейства Pentium (назвав их Pentium - ММХ) реализацию 57 новых команд, назвав их мультимедийными расширениями (ММХ — multimedia extensions). ММХ - команды обрабатывают несколько элементов целочисленных данных параллельно, используя метод под названием “одна команда — много данных” (SIMD — Single Instruction Multiple Data). С помощью этой технологии процессор может обрабатывать одновременно большое количество данных, за счет чего уменьшается время обработки видео и звуковой информации, присутствующей в мультимедийных приложениях. Следующие модели процессоров InteL (Pentium II/III/IV и Celeron) также поддерживают обработку набора ММХ - команд. Команды ММХ наиболее эффективны при обработке 2 х мерных изображений и звука.

4.1.10.2. 3DNow

Компания AMD также сочла необходимым улучшить мультимедийные возможности своих процессоров. Но вместо того, чтобы сосредоточить основное внимание на командах обработки 2 х мерных изображений (как это сделала компания Intel в расширении ММХ), компания AMD разработала 21 команду для обработки 3 х мерных изображений, которые существенно увеличили производительность процессоров при обработке 3 х мерных изображений (а также декодировании МPEG - файлов). Компания AMD создала набор мультимедийных команд (под названием 3DNow) в 1998г. на 9 месяцев раньше выхода набора команд SSE компании InteL. Поскольку компания AMD опередила Intel в этой области, то компьютеры с процессорами AMD К6, К6-2, AthLon и Duron, использующими набор команд 3DNow, стали заманчивой перспективой для выполнения на них игровых программ и приложений, работающих с 3 х мерной графикой.

4.1.10.3. SSE и SSE-II

К 1999 году компания Intel обновила свой набор мультимедийных команд и разработала новый под названием SSE (Streaming SIMD Extensions — потоковые расширения SIMD), предназначенный для процессоров Pentium III. Набор команд SSE основан на командах ММХ, и содержит 70 новых команд, которые более эффективно обрабатывают числа с плавающей точкой, что значительно повышает производительность обработки 3 х мерной графики. Этот набор обеспечивает потоковую обработку видео и звуковой информации, распознавание речи, в него также добавлены несколько функций, предназначенных для организации работы в сети Internet. Для процессоров Pentium-4 были разработаны 144 новые мультимедийные команды, объединенных в набор под названием SSE - II.

4.2. Концепции современных процессоров

По вопросам технологии современных микропроцессоров написаны целые книги. Но есть ряд моментов, которые полезно понимать при работе с современными персональными компьютерами.

4.2.1. Архитектуры CISC и RISC

Существует два типа архитектуры процессоров — CISC (Complete Instruction Set Computing) — тип архитектуры процессора с полным набором команд и RISC (Reduced Instruction Set Computing) — тип архитектуры процессора с сокращенным набором команд. Традиционные центральные микропроцессоры основаны на CISC — архитектуре. При этом подходе выполнение любой сколь угодно сложной команды (В систему команд CISC-процессоров может входить, например, вычисление квадратного корня, что требует многих десятков тактов) из системы команд процессора реализовывается аппаратно внутри самого процессора. Добавление каждой новой команды ведет к увеличению общего числа транзисторов в процессоре. CISC – архитектура, позволяет создавать универсальные процессоры, но их производительность ограничена, в частности, сложностью микросхемы ЦП. Микропроцессоры с CISC-архитектурой (например, Intel Pentium II, III, и IV или Athlon и Duron компаний AMD) обычно устанавливаются в настольных: и переносных компьютерах общего назначения. Напротив, в процессорах с RISC - архитектурой используется ограниченный набор быстрых команд. Каждая команда RISC - процессора должна выполняться за один такт, так что вряд ли вы найдете в системе команд даже умножение. В таких микропроцессорах содержится меньшее количество транзисторов, что снижает их стоимость и энергопотребление. При этом, как правило, повышается их производительность. Но RISC - процессоры менее универсальны, чем от CISC - процессоры. Микропроцессоры с RISC - архитектурой устанавливаются в специализированных устройствах, например, в лазерных принтерах. Разработчики пытаются создать процессоры, которые сочетали бы в себе универсальность CISC - архитектуры с производительностью RISC - apxитeктуры. Вместе с тем, ряд RISC - процессоров (например, DEC Alpha или MIPS Orion 4600) используется в качестве центральных в высокопроизводительных рабочих станциях.

4.2.2. Размер элемента и размер кристалла

Размер элемента характеризует уровень миниатюризации в процессоре. Для производства более мощных процессоров необходимо использовать большее количество транзисторов — это означает, что транзисторы должны быть как можно более миниатюрнее. Технологические усовершенствования в производстве интегральных схем позволяют уменьшать размеры схем. Ранее считалось, что нельзя использовать технологические нормы менее 1 микрон. Но современные процессоры построены по 0,35-0,25 микронной технологии, а самые последние модели достигли уровня 0,18 микрон. В перспективе технологическую норму изготовления интегральных схем реально довести до 0,08 микрон, Кроме того, важна проблема отвода тепла от кристалла микропроцессора. Увеличение количества транзисторов в кристалле приводит к выделению дополнительной тепловой энергии, поэтому размер каждого отдельного транзистора должен становиться как можно меньше. Размер и компоновка транзисторов влияет и на размер кристалла микропроцессора.