Практическая работа №2 современные процессоры и принципы их работы. Идентификация и установка процессора

MISC (Minimal Instruction Set Computer) – дальнейшее развитие архитектуры RISС, основанное на еще большем упрощении инструкций и уменьшении их количества. Так, в среднем, в MISC-процессорах используется 20-30 простых инструкций. Такой подход позволил еще больше упростить устройство процессора, снизить энергопотребление и максимально использовать возможности параллельной обработки данных.
VLIW (Very long instruction word) – архитектура процессоров, использующая инструкции большой длины, содержащие сразу несколько операций, объединенных компилятором для параллельной обработки. В некоторых реализациях процессоров длина инструкций может достигать 128 или даже 256 бит.
Архитектура VLIW является дальнейшим усовершенствованием архитектуры RISC и MISC с углубленным параллелизмом.
Если в процессорах RISC организацией параллельной обработки данных занимался сам процессор, при этом, затрачивая часть ресурсов на анализ инструкций, выявление зависимостей и предсказание условных переходов (причем, зачастую, процессор мог ошибаться, например, в предсказании условных переходов, тем самым внося серьезные задержки в обработку инструкций, или просматривать код программы на недостаточную глубину для выявления независимых операций, которые могли бы выполняться параллельно), то в VLIW-процессорах задача оптимизации параллельной работы возлагалась на компилятор, который не был ограничен ни во времени, ни в ресурсах и мог проанализировать всю программу для составления оптимального для работы процессора кода.
В результате, процессор VLIW выигрывал не только от упразднения накладных расходов на организацию параллельной обработки данных, но и получал прирост производительности, из-за более оптимальной организации параллельного выполнения инструкций.
Кроме этого упрощалась конструкция процессора, так как упрощались или вовсе упразднялись некоторые блоки, отвечающие за анализ зависимостей и организацию распараллеливания обработки инструкций, а это, в свою очередь, вело к снижению энергопотребления и себестоимости процессоров.
Однако даже компилятору тяжело справляться с анализом кода и организацией его распараллеливания. Часто код программы был сильно взаимозависимый, и, в результате, в инструкции компилятору приходилось вставлять пустые команды. Из-за этого программы для VLIW-процессоров могли быть гораздо длиннее, чем аналогичные программы для традиционных архитектур.
Первые VLIW-процессоры появились в конце 1980-х годов и были разработаны компанией Cydrome. Так же к процессорам с этой архитектурой относятся процессоры TriMedia фирмы Philips, семейство DSP C6000 фирмы Texas Instruments, Эльбру?с 2000 – процессор российского производства, разработанный компанией МЦСТ при участии студентов МФТИ и др. Поддержка длинных инструкций с явным параллелизмом есть и в процессорах семейства Itanium.
Для значительного ускорения вычислений, любой современный процессор оснащен встроенной памятью с очень быстрым доступом, которая предназначена для хранения данных, которые могут быть запрошены процессором с наибольшей вероятностью. Называется этот буфер кэшем и может быть первого (L1), второго (L2) или третьего (L3) уровня.
Самой быстрой памятью и по сути, неотъемлемой частью процессора, является кэш первого уровня, объем которого совсем невелик и составляет 128 Кб (64x2). Большинство современных ЦПУ без кэша L1 функционировать не могут.
Вторым по быстродействию следует L2-кэш и в объеме может достигать 1-12 Мб.
Ну и самым медленным, но зато и самым внушительным по размеру (может быть более 24 Мб) является кэш третьего уровня и имеется далеко не у всех процессоров.
Еще одним немаловажным моментом является понятие процессорного разъема или гнезда процессора, называемого сокетом (Socket), в который этот самый процессор устанавливается. Различные поколения или семейства ЦПУ, как правило, устанавливаются в свои уникальные разъемы и этот факт необходимо учитывать при подборе связки материнская плата – процессор.
Из-за сложности и высокотехнологичности производства, высочайшим требованиям к качеству продукции, конкурентоспособных компаний выпускающих центральные процессоры не так уж и много, а для рынка настольных ПК так и всего две – Intel и AMD. Их давнее соперничество началось еще в начале 90-ых, правда за эти 20 лет доля продаваемых процессоров компанией AMD, всегда была значительно ниже доли Intel. Тем не менее, продукция Advanced Micro Devices всегда отличалась привлекательным соотношением производительность/цена при достаточно демократичной розничной стоимости своей продукции, что дает ей возможность достаточно уверенно удерживать свою долю рынка, равной около 19% от общемировой доли.
Для удобства позиционирования на рынке, каждый производитель разделяет свою продукцию на различные семейства, в зависимости от возможностей и производительности процессоров.