Принципы организации процессоров. Одноядерные и многоядерные процессоры

Процессор является центральной частью ЭВМ, обеспечивает обработку цифровой информации в соответствии с программой, при этом он непрерывно взаимодействует с операционной памятью, получая из нее команды и операнды и отправляя в память результаты вычислений, организует выполнение операций ввода-вывода. Процессор обеспечивает совместную и согласованную работу всех частей, а именно, как и в любом вычислительном устройстве, – операционной и управляющей.

Арифметическо-логическое устройство (АЛУ) — совокупность блоков и узлов процессора, обеспечивающая выполнение арифметических и логических операций над операндами. Характер операции задается командой программы.

Центральное устройство управления (ЦУУ) - совокупность блоков и узлов процессора, обеспечивающая координирование работы всех устройств ЭВМ и управление ими для всех принятых в данной ЭВМ режимов работы.

Процессор, АЛУ которого содержит один универсальный арифметическо-логический блок (АЛБ) для выполнения всех основных арифметических и логических операций, относят к процессорам универсального типа. Процессор, АЛУ которого содержит несколько специализированных АЛБ, ориентированных на определенный тип выполняемых команд, относят к процессорам функционального типа.

По способу организации передачи и обработки информации различают процессоры последовательного, параллельного и параллельно-последовательного действия, по организации вычислительного процесса — на однопрограммные и мультипрограммные. Процессоры последовательного и параллельно-последовательного действия применяют в тех случаях, когда к их быстродействию не предъявляют жестких требований. Модели процессоров имеют различные возможности для совмещения по времени работы отдельных функциональных блоков. Чем выше уровень совмещения, тем выше быстродействие процессора.

Интерфейс процессора – обеспечивает необходимое сопряжение процессора с другими устройствами, прежде всего с оперативной памятью и периферией.

Cache(кэш, запас) – обозначает быстродействующую буферную память между процессором и основной памятью (буфер данных, буфер адреса). Кэш служит для частичной компенсации разницы в скорости процессора и основной памяти – туда попадают наиболее часто используемые данные. Когда процессор первый раз обращается к ячейке памяти, ее содержимое параллельно копируется в кэш, и в случае повторного обращения в скором времени может быть с гораздо большей скоростью выбрано из кэша. Размер кэша ~ 4 Мбайт.

Многоядерный процессор — центральный процессор, содержащий два и более вычислительных ядра на одном процессорном кристалле или в одном корпусе.

Во всех существующих на сегодняшний день многоядерных процессорах кэш-память первого уровня у каждого ядра своя, а кэш 2-го уровня существует в нескольких вариантах:

разделяемый— кэш расположен на одном с обеими ядрами кристалле и доступен каждому из них в полном объёме. Используется в процессорах семейств Intel Core.

индивидуальный— отдельные кэши равного объёма, интегрированные в каждое из ядер. Обмен данными из кэшей L2 между ядрами осуществляется через контроллер памяти — интегрированный (Athlon 64 X2) или внешний (Pentium D).

В приложениях, оптимизированных под многопоточность, наблюдается прирост производительности на двухъядерномпроцессоре. Однако, если приложение не оптимизировано, то оно не будет получать практически никакой выгоды от дополнительных ядер, а может даже выполняться медленнее, чем на процессоре с меньшим количеством ядер, но большей тактовой частотой. Это в основном старые приложения, либо приложения, которым многопоточность не нужна (например, проигрыватель музыки) или невозможна.

На сегодняшний день основными производителями процессоров — Intel и AMD дальнейшее увеличение числа ядер процессоров признано как одно из приоритетных направлений увеличения производительности. Уже освоено производство 4-ядерных процессоров для домашних компьютеров, а также 6-ядерных в серверных системах.

Существует, также, тенденция внедрения многоядерных контроллеров в мобильные устройства.

Процессоры, предназначенные для работы одной копии операционной системы на нескольких ядрах, представляют собойвысокоинтегрированную реализацию мультипроцессорности.

Двухъядерность процессоров включает такие понятия, как наличие логических и физических ядер: например двухъядерныйпроцессор Intel Core Duo состоит из одного физического ядра, которое в свою очередь разделено на два логических. Процессор Intel Core 2 Quad состоит из двух физических ядер, каждое из которых в свою очередь разделено на два логических ядра, что существенно влияет на скорость его работы.

Поиск по сайту: