Главная › Новости

Процессоры

Опубликовано: 22.10.2023

Процессоры

Важные параметры ПК: частота мкП, оперативная память, материнская плата и ее частота, работа с памятью, производительность мкП, размер памяти, дисков, производительность указана в МГц, производительность указана производителем, они не являются авторитетными для того, каким будет компьютер. используется для.

Распределение мкП:

RISC(Вычисления с сокращенным набором команд) — имеет ограниченный набор команд, но может выполняться за один такт, что обеспечивает высокую производительность. Облегчает HW. Инструкции имеют одинаковую длину (при декодировании микропроцессор сразу знает, насколько длинны их инструкции) и, следовательно, какой микропроцессор CISC быстрее. В каждом цикле выполняется как минимум одна инструкция, что обусловлено конвейерной обработкой (цепной обработкой инструкций). Оптимально. компилятор гарантирует оптимальное распределение регистров, удаляет ненужные обращения к памяти и оптимизирует программу для конвейерной обработки.

CISC(Comex Instruction Set Computing, Intel, AMD) — облегчает работу программистов с полным набором инструкций ассемблера. Он выполняет инструкции дважды, потому что не знает, насколько они длинны. Аккумулятор (самая важная часть CISC µP) — это регистр, привязанный к ALU (для RISC µP эту функцию может выполнять любой другой регистр).

РИСК

• любой регистр, не связанный с АЛУ в мкП. Аккумулятор — самый важный регистр. Этот регистр не назначен (у него нет фиксированного регистра), с ним можно работать и он не привязан к АЛУ.
• переименование регистров, выполнение очистки регистров — при поступлении более важной инструкции выполнение текущей инструкции, объявленной отложенной, будет остановлено и начнется выполнение более важной инструкции. После того, как это будет сделано, я вернусь к предыдущему.
• сокращается работа с памятью с помощью инструкций LOAD (загрузка данных) и STORE (не работает с оперативной памятью)

Оптимизация RISC-компилятора:

RISC настраивает обработку инструкций, чтобы тратить меньше времени - Оптимизация аккумулятора CISC:Интерпретатор- идет одна инструкция за другойКомпилятор- превышает только еще раз, остальные должны быть запрограммированы заново

Трубопроводы

Компьютер может иметь больше µP, или µP может иметь больше submP. Каждый микропроцессор обрабатывает разные инструкции в разных фазах в один и тот же момент времени.

Начиная с 5-го момента времени, одна инструкция всегда завершается. Конвейерная обработка используется как в RISC, так и в CISC. Если это от 4 до 8 submP, то этосуперконвейерная обработка.

Подключение SubμP одно за другим: цепочка инструкций.

Внешний мкП (Pentia):массив алгоритмов сам выбирает, каким образом обрабатывать инструкцию200 При выполнении условия: 201 300 прыжок203 202Если условие не выполняется: 203 В инструкции B имеется некоторое условие, согласно которому решается, следует ли продолжать выполнение инструкций 201 и 202, если условие выполнено, и команду 300, если условие не выполнено.

Соединение субМП рядом:подключение скалярной мультимкП системы суперскаляра

Использование суперскаляра — мкП с несколькими каналами для обработки инструкций. Параллельные устройства сами выбирают свои инструкции из одного потока инструкций.мкП с одним каналом называются скалярными

МАССИВ

Доступ к шине имеют только верхний и нижний уровни.

Внутренняя структура мкП

Процессоры RISC и CISC отличаются друг от друга. CISC-процессоры построены на языках программирования высокого уровня. С помощью µP набор многочисленных функций переносится с аппаратного обеспечения на программное обеспечение.

МП ЦИСК

основой каждого мкП является АЛУ (арифметико-логическая единица). АЛУ может только складывать из арифметических операций, все остальные арифметические функции решаются с помощью сложения и логических функций (и, или, нет).

Temp- временные регистры, гарантирующие постоянный неизменяемый вход.Аккумуляторыподключены к ALUALU- Число поступления в двоичной системе.Транспьютер- специальный мкП. который не имеет параллельных шин (например, данных), а имеет только последовательные шины. Он обменивается данными с внешними шинами на высокой частоте.Флаг— однобитная ячейка памяти, содержимое которой зависит от результата какой-либо операции или существования какого-либо явления.SWR (Регистр слова состояния)- регистр слова состояния, хранит флаги состояния (Flags), указывающие состояние AKU и ALU. Каждый бит имеет значение.Carry- переход в более высокий порядок.Signum- знак, старший бит, старший разряд, 1 - число отрицательное, 0 - число положительное.Четность- используется для обеспечения передачи данных, пересчитанных из AKU.Overflow- переполнение знакового бита.Auxiliary Carry— половинный перенос междуНибло(1 Нибло = 4 бита), используемый при счёте в BCD-коде.Флаг нуля- уровень заряда батареи равен нулю.

При более высоких значениях µP- напр.Ловушка- для отладки.

Будильник

Он должен разделить внешнюю и внутреннюю шину. Имеет функции: направление наружу (т.е. от внутреннего к внешнему), направление внутрь (т.е. от внешнего к внутреннему), раздельное (шины отключены друг от друга). Он отключается во время DMA.

Декодер инструкций— мне нужно преобразовать инструкцию в электрический импульс.

Продлить инструкциюя могу только после завершения инструкции -> декодирования -> контроллера. Я воспользуюсь этим, когда автобусы освободятся, и получу инструкции раньше. Я сохраняю их в памяти (регистр инструкций FIFO, имеющий от 6 до 8 ячеек) и жду завершения текущей инструкции.

Если есть промежуточный результат, я сохраняю его в памяти (регистрах), позволяющих хранить значения. Я могу использовать это для DMA, потому что внутри μP я могу делать все, что захочу.

Регистр - подразделение:

• общего назначения (георадарный)
• специализированный (например, счетчик программ или указатель стека)

Счетчик программ— содержит адрес следующей инструкции. Программа-счетчик отправляет адрес, и, предполагая, что инструкции отсортированы в памяти в хронологическом порядке, содержимое программы-счетчика автоматически увеличивается на единицу.

Фон Нейман - μP работает по заданным инструкциям.

Счетчик программ -> буферная память (здесь хранится адрес для отправки в AB, в эту память также заносятся адреса данных).

Данные также необходимо брать из оперативной памяти (они не сохраняются в счетчике программ. Поэтому они поступают из АЛУ в буферную память и далее через драйвер адреса данных в АБ.

Stack pointer(указатель стека) — регистр, в котором находится адрес так называемого Инструкция возврата, SP — указатель на стек. Память в оперативной памяти (ЛИФО). Последний вставленный элемент можно вытащить. Указатель на этот элемент находится в указателе стека. Существует последовательный порядок доступа.

Свойства более высокого µP

Некоторые микропроцессоры CISC используют функции микропроцессоров RISC.

• может имитировать RISC-ядро, внешне ведет себя как RISC, но внутри как CISC, CISC декомпозирует инструкции на RISC-инструкции (эмуляция RISC)
• переименование регистров
• трубопровод
• суперскалярность — несколько мощных блоков рядом друг с другом, в основном АЛУ, некоторые операции невозможно выполнить на других АЛУ.
• выполнение инструкций вне очереди μP, FIFO обычно имеет 8 записей

FIFO – принимает первую инструкцию. μP определяет, выполнять ли первую инструкцию в регистре FIFO или любую из следующих трёх, в зависимости от того, какая из них ему нужна.

Начиная с Pentium 3, инструкции завершаются при конвейерной передаче вне порядка, т. е. инструкция может быть завершена раньше, но микропроцессор должен помнить, после какой инструкции была помещена завершенная инструкция. Результат доступен раньше. Новые инструкции можно обрабатывать на освободившемся пространстве. Если в этой инструкции больше задач и у нас есть, например. 5 subμP и инструкции начнут выполняться до 4 subμP, поскольку предыдущий subμP потерял инструкции, поэтому μP будет обрабатывать его до 5subμP, а затем его перехватит первый subμP.

• спекулятивные расчеты— я могу выполнять расчеты для результатов, которые меняются очень медленно. Он выполняется на основе старых входных значений, и если они существенно отличаются, будет выполнен новый расчет взамен старого.
• обработка мультимедийных приложений:технологииMMX, 3DNow- служат для ускорения мультимедиа и коммуникационных программ. Он использует преимущества присущего параллелизма в алгоритмах мультимедиа и связи, сохраняя при этом совместимость с существующими операционными системами и приложениями. Суть заключается в обработке множества фрагментов информации путем выполнения одной инструкции. Это представляет собой параллельную обработку, которая значительно увеличивает производительность. Эта технология в сочетании с суперскалярной архитектурой обеспечивает существенное повышение производительности платформы ПК.
• программы для регулирования частоты мкП- мкп контролирует мощность (нагрузку), когда обнаруживает, что она снизилась ниже определенного уровня, частота сети падает и когда ее необходимо снова увеличить, это увеличивает его. В основном это используется в ноутбуках для экономии энергии.