Mavzu: Ko’p yadroli protsessorlarning arxitekturasi Reja: Kirish Bir oz tarix va atamalar

Terminologiya haqida bir oz Diqqatli o'quvchilar APIC, DMA, GART imzolari qo'yilgan "sirli" bloklarni allaqachon payqashgan .. ularning barchasi nimani anglatadi? • APIC (Advanced Programmable Interrupt Controller) - har qanday kompyuterning eng muhim qismlaridan biri. Bu kompyuterda sodir bo'ladigan uzilishlarni yig'adigan va qayta ishlaydigan kichik zanjir. Masalan, foydalanuvchi klaviaturadagi tugmachani bosdi - bu voqeani klaviatura boshqaruvchisi yozib oldi, ichki xotirasiga bosilgan tugma kodini kiritdi va uzilish yaratdi - maxsus satrda so'rov signalini uzatishni to'xtatdi. joriy dasturni bajarish va "klaviaturada tugma bosilgan" hodisasini boshqarish. Bu, shunday qilib aytganda, "uzilishlarni boshqarish" ning "klassik" vazifasidir: ular protsessorga har 10 ta qurilmada muntazam so'rov o'tkazib, vaqtni behuda sarflamaslikka imkon beradi. Ammo IC vazifalari bu bilan cheklanmaydi: qo'shimcha qurilmalarga qo'shimcha ravishda, dasturiy ta'minot uzilishlari (istisnolar) ham mavjud bo'lib, ular periferiya tomonidan emas, balki protsessorning o'zi tomonidan - har qanday g'ayritabiiy vaziyat yuzaga kelganda hosil bo'ladi. Oddiy misollar-dastur tushunarsiz ko'rsatma bilan duch kelgan yoki "oddiy foydalanuvchi" ko'rsatmasiga taqiqlangan (#GP, General Protection Exception), nolga bo'linish sodir bo'lgan (#DE, Divide-by-zero Error Exception), dasturga kirgan. xotirada mavjud bo'lmagan manzil (#PF, sahifa xatosi istisno). Ayrim uzilishlarni dasturning o'zi (INTn) yaratishi mumkin va aytaylik, interrupt #BP (BreakPoint Exception) operatsion tizim tomonidan dasturlarni tuzatish uchun ishlatiladi. Har bir uzilishga javobni uzilish vektori belgilaydi - bu xotira manzilidagi protsessor uzilib qolganda "nima qilish kerakligini" tasvirlaydi: u qanday funktsiyalarni bajarishi kerak (to'xtatuvchi ishlovchilar). bu ish. Umuman olganda, PIClar kompyuterning asosiy komponentlaridan biri bo'lgan, bo'ladi va bo'ladi. Bundan tashqari, ko'p protsessorli, ko'p yadroli (va hatto Hyper-Threading protsessorlari bo'lsa ham) har bir protsessor yadrosi uchun (shu jumladan, Hyper-Threading-ni qo'llab-quvvatlaydigan Pentium 4-ning har bir virtual yadrosi uchun) APIC-ni ta'minlash talab qilinadi. dasturiy ta'minotning uzilishlarini boshqaring va yana bir narsa, boshqa protsessorlarga bitta protsessorning uzilishi, boshqa protsessorlarga ham ta'sir qilganda, dasturiy ta'minotning uzilishlarini boshqaradigan va "uzatish" bilan shug'ullanadigan chipsetdagi APICni "sinxronlashtirish" . • DMA (Memory Direct Access) - bu "muqobil protsessor" turidir, u mikrosxemada tashqi qurilmalar bilan bog'liq "fon" vazifalarini qayta ishlash bilan shug'ullanadi. Masalan, agar protsessor qattiq diskdan bir necha kilobayt ma'lumotni o'qishi kerak bo'lsa, unda unga ma'lumotlar kelguncha sabr -toqat (bir necha millisekund) kutish shart emas. Buning o'rniga, u DMA boshqaruvchisiga o'z vazifasini bajarishini dasturlashi va so'rov ishlayotgan vaqtda boshqa vazifaga o'tishi mumkin. Bu narsa APIC kabi ajralmas emas, lekin u holda Ultra ATA / 33 interfeysi ham bo'lmaydi.  • GART (Grafik manzillarni ko'chirish jadvali) AGP avtobusi bilan bir vaqtda kompyuterlarda paydo bo'lgan: bu grafik tezlatgichga protsessorning tizim xotirasiga kirishga imkon beruvchi kichik sxemadir. Uning vazifalari - bu GPU uchun virtual xotira mexanizmini amalga oshirish, ya'ni tezlatgich ishlaydigan "chiziqli" manzillar maydonini "haqiqiy" ga, o'zboshimchalik bilan "oddiy ma'lumotlar" bilan aralashtirib yuborish. Zamonaviy 3D-tezlatgichlar nafaqat "bortli" video xotiradan, balki "asosiy" kompyuter tizimi xotirasidan ham foydalanish imkonini beradi.

AMD.
AMD K8 arxitektura Intel ning faqat har xil emas: u bir bag'ishlangan markazi ega emas, chunki u, kontseptual farq qiladi. AMD64 me'moriy protsessorlari har bir mustaqil va "erkin" bo'linmasi hisoblanadi. Nuqtai sof texnik jihatdan qaraganda, AMD shunchaki markaziy protsessor ichiga deyarli barcha kuzeyköprüsü funksiyalarini integratsiya qildi. Lekin butunlay boshqa kompyuter arxitekturasi uchun "kichik" texnologik makr yo'l - Suma, an'anaviy SMP farqli o'laroq. SUMA bo'lgan Arxitektura No''mon bilan bog'liq bo'lishi ko'rinadi, deb vositalari AMD nomi, lekin shunday "sekin" yo'q. SUMA (ikkinchi qismida, bu avtobus haqida) HyperTransport serial avtobusga asoslangan. Bir "Mahalliy" Operativ xotira tekshiruvi (bitta yadroli AMD64 protsessorlari nisbatan aslida, xotira nazoratchi zo'rg'a o'zgardi Har bir protsessor o’rnatilgan). "Xorijiy" protsessorlari xotira bo'ladi murojaat HyperTransport avtobus orqali, talablari, bu "ekspeditorlik" hisoblash protsessor yadrosi uchun juda shaffof qilingan - u to'la protsessor chastotasi faoliyat, Northbridge ichiga qurilgan bir kalit (to'singa) tomonidan amalga oshiriladi. Bu ayni to'singa HT maxsus operatsiya Ushbu rejimda uchun optimallashtiradi qilindi. Operativ xotira uchun xizmat "xorijiy" so'rovlar jumladan protsessori o'tib periferik qurilmalar va boshqa CPU, kelgan xabarlar yo'l-yo'riq "avtomatik" beradi. Avtobus jami S / 8 Gbayt har ikki yo'nalishda ham tezlik bilan ma'lumotlar bir vaqtning o'zida uzatish imkonini beradi. Xotira model bo'lmagan yagona (No''mon) bo'lib chiqadi, ammo "o'z" va operativ xotira "xorijiy" qismlar tezlik farqlar nisbatan kichik bo'ladi.
Chipset juda soddalashtirilgan: talab, deb barcha u HT va avtobuslar va boshqa turdagi o'rtasidagi "ko'prik" (tunnel) ta'minlash uchun oddiygina. Xo'sh, va, ehtimol, bir vaqtning o'zida ma'lum miqdordagi integratsiyalashgan boshqaruvchilarni taqdim eting.
Bu erda hamma narsa hamma narsaga mos keladi: AMD64 mikroarxitekturasi uchun har qanday zamonaviy mikrosxemalar, nazariy jihatdan, har qanday AMD protsessorlari bilan ishlashi kerak .. va har qanday "to'g'ri" "sheriklar". Xususan, barcha AMD ikki yadroli protsessorlari ilgari chiqarilgan barcha K8 chipsetlari bilan ishlashi kerak. Endi AMD o'zining protsessorlari "ikki yadroli uchun maxsus ishlab chiqilganini" ta'kidlashni yaxshi ko'radi, lekin aniq aytganda, ikki yadroli arxitekturaga juda mos keladi, desak to'g'ri bo'ladi. Har bir K8 protsessori miniatyura tizimi bo'lib, o'z protsessoriga va Shimoliy ko'prigiga ega; va ikki yadroli K8-bu kichik protsessorli SMP tizimi. Shimoliy ko'prikning protsessorga qo'shilishi va K8 ning SUMA arxitekturasi "tezroq xotira boshqaruvchisi" ni ta'minlabgina qolmay, ko'p protsessorli tizimlarga xos bo'lgan bir qancha muammolarni juda samarali hal qiladi. Masalan, SUMA "umumiy xotira muammosini" hal qiladi.
To'g'ri, protsessor standartlari bo'yicha RAMning kechikishi ( javob vaqti) hali ham katta, lekin biz ta'sirchan kesh xotirasi va apparat va dasturiy ta'minotni xotiradan oldindan o'rnatish mexanizmlaridan foydalangan holda, bu balo bilan qanday samarali kurashishni o'rgandik. Biroq, tizimga bitta emas, balki ikkita, to'rtta va hatto sakkizta yadroli protsessor yadrolarini kiritishga arziydi, chunki "sekin xotira" muammosi bir xil kuch bilan paydo bo'ladi - ayniqsa SMP arxitekturasida (Intelni o'qing) xotira bilan. Chipsetdagi nazoratchi : amalda bu "o'lchov muammosi" ga aylanadi - bir nechta protsessorlardan foydalanish kutilgan ishlashga olib kelmaydi.
O'zingiz o'ylab ko'ring: agar, masalan, bitta protsessor o'z vaqtining 20 foizida ishlamasa, operativ xotiradan ma'lumotlarni kutsa, "kopek" qismi 33% bo'sh qoladi, "to'rt" esa - 50%. Umumiy ishlash jihatidan, 100% da 1P tizimida ishlaydi, 167% da 2P tizimi ishlaydi (o'rniga mo'ljallangan 200%), va (o'rniga 400% tashkil) 250% da 4P tizimida ishlaydi. Bundan tashqari: bu holda ishlashning besh barobar oshishiga erishish umuman mumkin emas (quyidagi jadvalga qarang)! Va bu haqda hech narsa qilish mumkin emas. Aytgancha, bu ta'sir faqat ko'p protsessorli tizimlarga xosdir: agar siz yuqoridagi misolda RAMni ikki baravar tez almashtirsangiz, unda protsessorli tizimning ishlashi atigi 11%ga oshadi. (Bunday "dahshatlar" emas keshdan, lekin operativ xotira xotiraga (ma'lumotlariga uchun kutish vaqti sarflash dasturlarida olingan: Bizning dasturi deyarli har doim kesh bilan ishlaydi bo'lsa, hech qanday muammo bor) 80%. hisoblash vaqt va ikki keyin, xotiradan ma'lumotlarni kutib 20%, biz hisob-kitoblar "40%" va ( "eski" foizlarni bo'yicha) xotiradan ma'lumotlar uchun kutish "20%" olish; daromad 100 / 60 = 167%, Biz tezkor xotira sifatida ikki marta qo'yish - biz xotiradan ma'lumotlarni kutayotgan hisob-kitoblar "80%" va "10%" olish bir dual-protsessor tizimi bo'yicha;. daromad 100/90 = 111% bo’ladi). Yilda juda tez xotira juda qimmat - ideal, har qanday ko'p-protsessor tizimi hamda muvozanatli bo'lishi kerak juda sekin - bir nechta protsessorlarni o'rnatish ta'sirini kamaytiradi. Ya'ni, agar bitta protsessorli tizim uchun ikki kanalli DDR operativ xotira etarli bo'lsa (va amaliyot shuni ko'rsatadiki, ehtimol shunday bo'lsa), unda ikkita protsessorli tizimga to'rt kanalli xotira boshqaruvchisini o'rnatish tavsiya etiladi. -to'rt kanalli DDR xotira boshqaruvchisi. Ammo amalda, hatto to'rt kanalli kontroller ham juda qimmat: siz "klassik" SMP-larda ko'proq narsa haqida qoqilishingiz shart emas. Ammo bularning barchasi SMPda: lekin har bir protsessorga ikki kanalli xotira boshqaruvchisi o'rnatilgan NUMAda (AMD-shnoy kabi), xotira quyi tizimining umumiy ishlashi protsessorlar soniga mutanosib ravishda oshadi. Xotira turli qismlarida ish tezligi turlilik - To'g'ri, No''mon, allaqachon aytib o'tilganidek, «o'z Suvarak» bor. Oddiy SMPlar ham "umumiy avtobus muammosidan" aziyat chekishadi: tezkor xotira boshqaruvchisini yaratish etarli emas - shuningdek, xotiradan olingan ma'lumotlarni protsessorga etarlicha tez uzatilishini ta'minlash kerak. Agar 800 MGts chastotali protsessor avtobusi 6,4 Gb / s dan ortiq "nasos" ga ruxsat bermasa, ikki kanalli DDR2 667 MGts xotirani qo'llab-quvvatlaydigan, 10,7 Gb / s tezlikda ishlaydigan Intel 955X Express chipsetidan nima foyda? Va bu hammasi emas: biz tizim avtobusiga qancha protsessor qo'ygan bo'lsak, uning ustidan xatosiz ma'lumotlarni uzatishni ta'minlash qiyinroq bo'ladi (elektr yuki oshadi, simlar murakkablashadi). Bir protsessor 800 va hatto 1066 MHz avtobus bilan bemalol ishlaydi, agar Natijada, keyin ikki Protsessorlar allaqachon yuqori bo'lmagan 800 MGts avtobus o'zlarini cheklash uchun majburiy bo'lgan, va to'rt protsessorlar 667 MHz avtobus va quyida faqat ishlash. Bu SMP uchun nomukammal bo'lib chiqadi. Megabaytgacha va L3 kesh megabayt ham o'nlab ular uchun hashamatli, lekin shafqatsiz emas zarurat. Intel bilan birga, qisman so'nggi işlemcili tizimlarida bir vaqtning o'zida ikki mustaqil protsessor avtobuslar yordamida bu muammoni engib o'tish uchun juda muvaffaqiyatli yo'l topdi. Lekin bir turfa xil AMD-shnoy SUMA-me'moriy bu muammo emas , balki -da , barcha t! Sifatida Natijada, AMD, bu "umumiy" avtobus yadrolarining deyarli bir-biriga xalaqit yo'q, shunday qilib tez - ular faqat operativ xotira va "tashqi dunyo" etakchi HyperTransport Ishoratlarni tarmoqli kengligi bilan cheklangan.
Xulosa qilib aytganda, ikkita arxitektura, ikkita ishlab chiqaruvchi bor - Intel - SMP, AMD - SUMA. Har birining o'ziga xos fazilatlari va kamchiliklari bor. Ammo bu asosiy narsa emas, tegishli dasturiy ta'minot va operatsion tizimga ega bo'lmagan protsessorlar shunchaki temir bo'laklari. Ikki yadroli optimallashtirilgan ilovalar allaqachon mavjud - masalan, Photoshop cs2 ancha tezroq.
Sharhning birinchi qismida AMD va Intel ko'p yadroli protsessorlari arxitekturasi o'rganildi. Biroq, uyda yoki ofisda shaxsiy foydalanish uchun protsessor tanlashda faqat SMP va SUMA arxitekturasini tanlash etarli emas. Shunga qaramay, bugungi kunda arxitekturadagi farqlarga qaramay, raqobatchilar o'rtasida hech qanday farq yo'q. Aksincha, bo'sh joy bor, lekin u qandaydir ishonarli emas. AMD ba'zi vazifalarda yaxshi, Intelda boshqalarda o'rtacha arifmetik olinadi. Misol uchun, Super PI yordam dasturi yordamida raqamni hisoblashda, ikki yadroli Athlon x2 3800 bir yadroli Athlon 3500+ ga bir soniya bo'lsada bo'lsa ham yutqazadi, lekin baribir. Yilda bu qismi, biz ko'rib chiqamiz texnologiyalar Hyper-Threading, Hyper transport.