Архитектура вычислительных систем

Параллелизм на уровне потоков (5)

• (5) Дублирование ресурсов. У каждого потока свой счетчик команд, регистры, кэш, контроллер прерываний и др.
• (6) Снижение энергопотребления и тепловыделения. При увеличении числа команд за такт растет энергопотребление (и тепловыделение). Механизмы решения проблемы (начиная с Power5):
• При низком приоритете обоих потоков (0 или 1) включается встроенная технология энергосбережения;
• Возможно временное отключение тех компонентов процессора, которые не потребуются во время следующих тактов.
• В результате при прочих равных условиях Power5 выполняет на 50% больше инструкций, чем Power4, без какого-либо ущерба для производительности и при одинаковых затратах энергии.
• Работы по повышению быстродействия микропроцессоров идут в следующих направлениях:
• Повышение тактовой частоты
• Размещение на одной микросхеме двух и более процессоров
• Введение новых функциональных блоков
• Удлинение конвейера
• Использование многопоточности
• Поддержка SIMD-вычислений

Концепция RISC

• Концепция RISC (Reduced Instruction Set) — вычисления с сокращённым набором команд. Основной принцип: более компактные и простые инструкции выполняются быстрее.
• Простая архитектура позволяет удешевить процессор, поднять тактовую частоту, а также распараллелить исполнение команд между несколькими блоками исполнения (в суперскалярных архитектурах).
• Многие ранние RISC-процессоры даже не имели команд умножения и деления. Идея создания RISC ЦП пришла после того, как в 1970х ученые из IBM обнаружили, что многие функциональные особенности традиционных ЦПУ игнорировались программистами.
• Поскольку создатели процессоров тратили гораздо меньше времени на улучшение сложных команд, чем на улучшение простых, некоторые сложные операции были медленнее, чем те же действия, выполняемые набором простых команд.
• Первые RISC-процессоры разработаны в начале 1980х в Стэнфордском и Калифорнийском университетах. Небольшой (50−100) набор команд по сравнению с CISC (Complex Instruction Set Computer) 100—200.
• Как оказалось в начале 1990х, RISC-архитектуры позволяют получить большую производительность, чем CISC за счет возможности серьезного повышения тактовой частоты и за счет упрощения кристалла с высвобождением площади под кэш-память.
• RISC-архитектуры позволили сильно снизить энергопотребление процессора за счет уменьшения числа транзисторов.