Protsessorlar, turlari va xususiyatlari. Protsessorlarning tuzilishi, ichki registrlari, turlari, xususiyatlari va bajaradigan vazifalari

Ko’p yadroli protsessorlarning arxitektura turlari
Hisoblash moslamalari tobora kuchliroq, ixcham va qulayroq bo'lib bormoqda, ammo so'nggi paytlarda qurilmalarning ishlashini yaxshilash katta muammo bo'lib qoldi. 1965 yilda Gordon Mur (Intel asoschilaridan biri) "integral mikrosxemaga joylashtirilgan tranzistorlar soni har 24 oyda ikki baravar ko'payadi" degan xulosaga keldi.
Ko'p protsessorli tizimlarni yaratish sohasidagi dastlabki o'zgarishlar 70-yillarda boshlangan. Uzoq vaqt davomida an'anaviy bir yadroli protsessorlarning ishlashi chip chastotasida tranzistorlar sonining bir vaqtning o'zida ko'payishi bilan soat chastotasini oshirib (ishlashning 80 foizigacha faqat soat chastotasi bilan belgilanadi) ortdi. Fizikaning asosiy qonunlari bu jarayonni to'xtatdi: chiplar haddan tashqari qizib keta boshladi, texnologik kremniy atomlari hajmiga yaqinlasha boshladi. Bu omillarning barchasi quyidagilarga olib keldi:
• oqish oqimlarining ko'payishi, buning natijasida issiqlik ishlab chiqarish va elektr energiyasi iste'moli oshdi.
• protsessor xotiradan ancha «tezroq» bo'lib qoldi. Operativ xotiraga kirish va ma'lumotlarni keshga yuklashda kechikish tufayli ishlash yomonlashdi.
Hyper-Threading Technology (HTT) yoki Hyper-Threading Technology, bu protsessorga bitta yadroda bir nechta iplarni bajarishga imkon beradi. Ko'pgina mutaxassislarning fikriga ko'ra, bu HTT ko'p yadroli protsessorlarni yaratish uchun zarur shart bo'ldi. Bir vaqtning o'zida bir nechta ish zarralarini bajaradigan protsessor ip sathidagi parallellik (TLP - satr sathidagi parallellik) deb ataladi.
Ko'p yadroli protsessorning imkoniyatlarini ochish uchun bajariladigan dastur barcha hisoblash yadrolaridan foydalanishi kerak, bunga har doim ham erishib bo'lmaydi. Faqat bitta yadrodan foydalana oladigan eski ketma-ket dasturlar endi yangi avlod protsessorlarda tezroq ishlamaydi, shuning uchun dasturchilar yangi mikroprotsessorlarni ishlab chiqishda tobora ko'proq ishtirok etmoqdalar.
Nosimmetrik ko'p ishlov berish
Simmetrik Multiprotsessing (qisqacha SMP) yoki nosimmetrik multiprocessing - bu ko'p protsessorli tizimlarning maxsus arxitekturasi bo'lib, unda bir nechta protsessorlar umumiy xotiraga kirish imkoniyatiga ega. Bu yaqinda keng qo'llaniladigan juda keng tarqalgan arxitektura.
SMP dan foydalanganda bir nechta protsessorlar kompyuterda birdan ishlaydi, ularning har biri o'z vazifasi bilan ishlaydi. Yuqori sifatli operatsion tizimga ega bo'lgan SMP tizimi protsessorlar o'rtasida vazifalarni oqilona taqsimlaydi va ularning har biriga bir xil yukni beradi. Biroq, xotiraga kirish bilan bog'liq muammo mavjud, chunki hatto bitta protsessorli tizimlar ham buni amalga oshirish uchun ancha vaqt talab etadi. Shunday qilib, SMP-da RAMga kirish ketma-ket sodir bo'ladi: birinchi navbatda bitta protsessor, keyin ikkinchi.
Yuqorida sanab o'tilgan xususiyatlar tufayli SMP tizimlari faqat ilmiy sohada, ishlab chiqarishda, biznesda va juda kamdan-kam ish ofislarida qo'llaniladi. Uskuna dasturini amalga oshirishning yuqori narxidan tashqari, bunday tizimlar juda ko'p ishlarni bajarish uchun juda qimmat va sifatli dasturiy ta'minotni talab qiladi. Oddiy dasturlar (o'yinlar, matn muharrirlari) SMP tizimlarida samarali ishlamaydi, chunki ular bunday darajadagi parallellikni ta'minlamaydi.
SMP tizimi (parallel hisoblashga asoslangan har qanday boshqa tizim kabi) xotira shinasi o'tkazuvchanligi kabi xotira parametrlariga talablarni kuchaytiradi. Bu ko'pincha tizimdagi protsessorlar sonini cheklaydi (zamonaviy SMP tizimlari 16 protsessorgacha samarali ishlaydi).
Protsessorlar umumiy xotiraga ega bo'lganligi sababli, undan oqilona foydalanish va ma'lumotlarni muvofiqlashtirishga ehtiyoj bor. Ko'p protsessorli tizimda bir nechta keshlar umumiy xotira resursi uchun ishlaydi. Keshning muvofiqligi - bu umumiy resurs uchun alohida keshlarda saqlanadigan ma'lumotlarning yaxlitligini ta'minlaydigan kesh xususiyati. Ushbu kontseptsiya xotira izchilligi kontseptsiyasining alohida hodisasidir, bu erda bir nechta yadro umumiy xotiradan foydalanish imkoniyatiga ega (u zamonaviy ko'p yadroli tizimlarda hamma joyda mavjud). Agar biz ushbu tushunchalarni umumiy ma'noda tavsiflasak, unda rasm quyidagicha bo'ladi: bir xil ma'lumotlar blokini turli xil keshlarga yuklash mumkin, bu erda ma'lumotlar har xil usulda qayta ishlanadi.
Ma'lumotlarni o'zgartirish to'g'risidagi bildirishnomalardan foydalanmaslik xatoga olib keladi. Keshning izchilligi bunday ziddiyatlarni hal qilish va keshlardagi ma'lumotlarning izchilligini saqlash uchun mo'ljallangan.
SMP tizimlari - bu Flynn hisoblash tizimlari tasnifining MIMD (multi-insruction multi data) kichik guruhi (Stenford universiteti professori, Palyn Associates asoschilaridan biri). Ushbu tasnifga ko'ra deyarli barcha turdagi parallel tizimlar MIMD deb tasniflanishi mumkin.
Ko'p protsessorli tizimlarning turlarga bo'linishi xotiradan foydalanish printsipiga ko'ra bo'linishga asoslangan. Ushbu yondashuv quyidagi muhim turlarni ajratib ko'rsatishga imkon berdi
ko'p protsessorli tizimlar - ko'p protsessorlar (birgalikda umumiy xotiraga ega bo'lgan ko'p protsessorli tizimlar) va multikompyuterlar (alohida xotiraga ega tizimlar). Parallel hisoblashda ishlatiladigan umumiy ma'lumotlar sinxronlashni talab qiladi. Ma'lumotlarni sinxronlashtirish vazifasi eng muhim muammolardan biri bo'lib, uni ko'p protsessorli va ko'p yadroli va shunga mos ravishda kerakli dasturiy ta'minotni ishlab chiqishda hal qilish muhandislar va dasturchilar uchun ustuvor vazifadir. Ma'lumotlarni almashish xotirani jismoniy ajratish orqali amalga oshirilishi mumkin. Ushbu yondashuv bir xil bo'lmagan xotiraga kirish (NUMA) deb nomlanadi.