СОВРЕМЕННЫЕ ПРОЦЕССОРЫ Архитектура Компьютеров2011. - презентация

1 СОВРЕМЕННЫЕ ПРОЦЕССОРЫ Архитектура Компьютеров2011

2 ОСНОВНЫЕ ТЕМЫ ЛЕКЦИИ ПРОЦЕССОРЫ ITANIUM ПРОЦЕССОРЫ ALPHA ПРОЦЕССОРЫ POWER PC ПРОЦЕССОРЫ SUN SPARC ПРОЦЕССОРЫ от HEWLETT-PACKARD Архитектура Компьютеров2011

3 НОВОЕ ПОКОЛЕНИЕ 64-х РАЗРЯДНЫХ ПРОЦЕССОРОВ ФИРМЫ INTEL История ITANIUM начинается с 1993 г., когда было принято решение о совместной разработке фирмами INTEL и HEWLETT-PACKARD нового 64-х разрядного RISC процессора под именем MERCED. ITANIUM (более позднее название этого процессора) стал первым продуктом, основанным на новой 64-х разрядной архитектуре IA-64 (Intel Architecture 64- bit). Он создавался для использования в высокопро- изводительных рабочих станциях и серверах следующих поколений.

4 Первые образцы ITANIUM (конец 2000 г.), выполненные по 0,18-мкм технологии, имели тактовую частоту 800МГц. Новый набор инструкций класса VLIW (Very Long Instruction Word), кодирует до 4-х инструкций в 128-ми битовое слово. При этом избыточные биты позволяют адресовать большое количество регистров, которых в новом чипе 128, а не 32, как у большинства современных RISC-процессоров. Кроме того, некоторые из бит, формируемые компилятором, укажут процессору, какие инструкции могут выполняться параллельно.

5 Этот набор инструкций позволит разработать улучшенную RISC-архитектуру, которая при более высоком уровне распараллеливания будет проще и обеспечит значительный рост производительности. Процессор может выполнять программы, написанные для архитектуры H-P PA-RISC, однако с помощью транслятора, и имеет режим для выполнения инструкций х86 (IA-32). Однако, непосредственное выполнение кода х86 – невозможно. Необходимы программы перекомпилирования инструкций х86 в коды процессоров IA-64.

6 Увеличенная разрядность данных и адресов позволяет не только поднять скорость и точность вычислений, но и адресовать сверхбольшие объемы памяти. Новая технология EPIC (Explicitly Parallel Instruction Computing) дает возможность реализовать параллельную обработку нескольких инструкций. Эти возможности могут быть задействованы как явно программистом, так и оптимизирующим компилятором, определяющим группы независимых команд, которые могут выполняться параллельно.

7 ITANIUM-2 Новый процессор архитектуры IA-64 – ITANIUM-2 (старое название – McKinley (мак-кинли) – разрабатывался с прицелом на использование в течение лет. В отличие от ITANIUM, содержащего 40 млн транзисторов, McKinley включает более 220 млн элементов (добавлено 4 Мбайта КЭШ-памяти третьего уровня). Ожидается, что системы на базе McKinley (коммер- ческое название ITANIUM-2) будут в 1,5-2 раза производительнее нынешних ITANIUM. Расширен набор арифметически-логических блоков и портов памяти, обеспечивающих подачу данных в регистровый стек.

8 Значительно возросло количество случаев, в которых за один такт может выполняться до 6 инструкций. Гарантируется полная совместимость программного обеспечения между ITANIUM и ITANIUM-2. Новые процессоры семейства ITANIUM (кодовое название MADISON) будут иметь стартовую тактовую частоту 1,5 ГГц, содержать 410 миллионов транзисторов на кристалле (КЭШ-память третьего уровня – 6 МБ) и изготовляться по 0,13 микронной технологии. Прирост быстродействия по сравнению с ITANIUM-2 достигнет примерно 50%. Официальный название процессоров MADISON - ITANIUM-3

9 ПРОЦЕССОРЫ ALPHA Процессор ALPHA создан компанией Digital Equipment Corporation (DEC), стоявшей у истоков многих инноваций в IT-индустрии и разработавшей легендарные компьютеры PDP-11 и VAX. Первой в семействе ALPHA появилась модель 21064, выпущенная в 1992 г. При максимальной тактовой частоте 200 МГц это был 64-х разрядный RISC- процессор с кэш-памятью 64 Кбайта и очень производительным FPU, имел конвейерную архитектуру и эффективные средства организации SMP (Symmetric Multy-Processing).

10 В 1994 г. фирмой DEC был представлен новый процессор – ALPHA-21164, выполненный по технологии 0,5 мк и работающий частоте 266 МГц. Это процессор с суперскалярной архитектурой, способный обрабатывать до 4-х инструкций за цикл. Он объединяет в себе КЭШ данных и КЭШ команд первого уровня, а также высокопроизводительную и объемную КЭШ-память второго уровня. Процессор использует 128-ми битовый интерфейс для доступа к памяти, а также имеет возможность подключения КЭША третьего уровня. ALPHA состоит из пяти независимых функциональных блоков: блок выборки, декодирования инструкций и предсказания ветвлений;

11 блок обработки целочисленных данных; блок управления памятью; блок шинного интерфейса и управления КЭШ- памятью; блок обработки чисел с плавающей точкой (FPU). Модификация этого процессора – ALPHA 21164РС – спроектирован для приложений WINDOWS NT как альтернатива высокопроизводительным РС. Это первый чип, который содержит набор инструкций Digital Semiconductor MVI (Monitor Video Instructions - предшественник ММХ).

12 Модуль управления расщепле- нием Кэш L2 96 КБ write-back Шинный интерфейс Кэш команд 8 КБ Устройство выборки/ декодиров. команд и управления ветвтлен. АЛУ целочислен. Сумматор Умножитель АЛУ - FP. Сумматор Умножитель Кэш данных 8 КБ write- through Кэш L3 40 бит, Шина Адреса 128 бит, Шина Данных Архитектура Процессора ALPHA-21164

13 ПРОЦЕССОР ALPHA Новый процессор ALPHA МГЦ (1997 г.) имеет несколько усовершенствований, которые делают его вдвое производительней своего предшественника. Процессор содержит 6 конвейеров для обработки данных и поддерживает 256-ти битовый интерфейс с памятью, что дает ему возможность осуществлять выборку до 4-х команд за один машинный такт. Модель обладает усовершенствованными средствами предсказания ветвлений (вероятность правильного предсказания 95%), а также свойством Out-of-Order, что предполагает способность процессора выполнять команды вне их очередности.

14 ALPHA использует 160 целочисленных регистров и 72 - с плавающей точкой и способен работать с 80-тью командами одновременно. Наличие инструкций MVI (впервые реализованных в процессоре 21164) позволяет в реальном времени не только декодировать динамичные изображения (MPEG-2) но и кодировать без внешних специализированных устройств. Компания DEC уже несколько лет является составной частью более крупной Compaq, усилиями которой процессор ALPHA удерживал лидерство по производительности более 10 лет в конце прошлого века.

15 Шина Данных 128 Системная шина 64 Кэш команд (64КБ) (2 банка) Устройство предсказания ветвлений Карта переименования регистров CPU Карта переименования регистров FPU Очередь команд CPU (20) Очередь команд FPU (15) Регистры CPUРегистры FPU АЛУ Сдвиг. регист АЛУ, Умнож ит., Сдвиг. регист АЛУ Аппаратн. Сложение Деление Квадратн. корень Аппаратн. Умножит. Кэш данных (64КБ) Ши нны й инт ерф ейс Шина Адреса 128 Архитектура Процессора ALPHA-21264

16 64-х разрядные процессоры этого поколения будут поддерживать 32-х разрядные приложения, чтобы обеспечить совместимость с существующим ПО. После слияния компаний Hewlett-Packard и Compaq основные лицензии на процессор ALPHA станут интеллектуальной собственностью совместного проекта Intel - Hewlett-Packard по разработке новых поколений процессоров семейства ITANIUM.

17 ПРОЦЕССОРЫ POWER PC Проект по разработке RISC-процессоров POWER PC был разработан альянсом трех компаний: APPLE, IBM и MOTOROLA. В 2001 году анонсирован самый быстрый процессор POWER PC 750FX, который работает на частоте 1ГГц. Что касается генерации чипов с частотой 2 ГГц и выше, то здесь IBM говорит об ультраскалярной улучшенной архитектуре, расширяющей возможности множественного ядра на систему в целом, где компоненты работают параллельно и взаимодей- ствуют с внешним миром с помощью нового высокоскоростного интерфейса.

18 ПРОЦЕССОРЫ SUN SPARC Семейство 64-х разрядных процессоров UltraSPARC появилось на рынке более 5-ти лет назад. Процессоры SPARC (Scalable Processor ARChitecture) развиваются по трем линиям (сериям). Серия S (scalable) предназначена для мощных рабочих станций и серверов, имеет тактовые частоты от 1 до 2,1 ГГц. Серия I (integrated) характеризуется тем, что с процессором интегрируется много системных функций, обеспечивая наиболее оптимальные с точки зрения цены решения для однопроцессорных систем. Встраиваемые процессоры маркируются буквой Е.

19 ПРОЦЕССОРЫ от HEWLETT-PACKARD Первый RISC-процессор серии PA (Precise Architecture) фирма Hewlett-Packard выпустила в 1985 году. Современные процессоры этой серии РА-8800 и РА- 8900, выполненные по технологии 0,18 мкм, работают на частотах 1ГГц. Однако постепенно выпуск этих процессоров прекращается вследствие неминуемого перехода к процессорам ITANIUM, которые являются наследниками PA-RISC. В новых процессорах реализовано большинство инструкций РА, поэтому программы на процессорах ITANIUM будут выполняться на уровне двоичных кодов без перекомпиляции.

20 Вопросы для экспресс-контроля Особенности процессоров VLIW. Особенности архитектуры процессоров ALPHA Особенности современных процессоров

21 ЛЕКЦИЯ ОКОНЧЕНА СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ