Protsessorlarda qo’llaniladigan zamonaviy texnologiyalar

Protsessorlarda qo’llaniladigan zamonaviy texnologiyalar

Qadimgi zamonlardan beri, CPU ishlash va asosiy chastota bevosita bog'liq emas, (yuqorida keltirilgan up egasi tashqari) ko'p odamlar bir anglashilmovchilik ko'rinadi CPU ishlash, yaxshi, lekin asosiy chastota yuqori. Xo'sh, bu stereotip qaerdan paydo bo'ldi?

Keling, yuqori qadimiy (1990-yillarning oxiri) protsessor ma'lumotlarini ko'rib chiqaylik…

SPEC qaytib kunda bir tez-tez ishlatiladigan ishlash sinov vositasi edi, u Intel Core platformasi uchun IBM Pauerpc platformasi Apple Macbook kaliti e'lon qachon va Stiv Jobs ishga da SPEC ishlash takomillashtirish namoyish.
Jadvaldan nima uchun 300 MGts chastotali protsessorlar uchun bunday boshqacha ishlash farqi borligini ko'rishingiz mumkin. Nima uchun pastki asosiy chastotali protsessorlar o'rniga yuqori asosiy chastotalarni ezadi?
Ko'rsatmalar protsessorda birin-ketin bajariladi, to'g'rimi? Aniq to'g'ri emas. Bunday bayonot intuitiv bo'lishi mumkin, ammo bu haqiqat emas. Aslida, 1980-yillardan boshlab protsessorlar endi har bir ko'rsatmani aniq ketma-ket bajarmaydilar. Zamonaviy protsessorlar bir vaqtning o'zida turli xil ko'rsatmalarning turli bosqichlarini bajarishi mumkin, ba'zilari esa bir vaqtning o'zida bir nechta ko'rsatmalarni to'liq bajarishi mumkin.
Keling, oddiy to'rt bosqichli quvur liniyasi qanday qurilganini ko'rib chiqaylik. Ko'rsatmalar to'rt qismga bo'linadi: olish, dekodlash, bajarish va orqaga yozish .

Agar CPU to'liq ketma-ket bajarilsa, unda har bir ko'rsatma bajarish uchun 4 tsiklni oladi, IPC = 0,25 (tsikl uchun ko'rsatma). Albatta, CPI eski davrlarda, protsessorlar odatda tsiklda bitta ko'rsatmani bajara olmagan paytlarda afzal ko'rilgan. Ammo vaqt o'zgardi va siz qo'lingizga olishingiz mumkin bo'lgan har qanday ish stoli protsessori bitta tsiklda bitta, ikkita yoki hatto uchta ko'rsatmalarni bajarishi mumkin.

Ko'rib turganingizdek, protsessor ichidagi hisoblash (ALU) uchun mas'ul bo'lgan komponentlar aslida juda orqaga tortilgan, hatto vaqtning atigi 25% ishlaydi. Nima? Ko'ryapmanki, sizda kapitalizm uchun iste'dod bor…
Xo'sh, zamonaviy protsessorlarda bu Alularni siqish uchun vositalar mavjud (ha, zamonaviy protsessorlarda ham bir nechta ALU mavjud). Juda intuitiv g'oya shundaki, bosqichlarning aksariyati protsessor tomonidan to'liq band bo'lmaganligi sababli, ularni qoplash yaxshi bo'lar edi. Darhaqiqat, zamonaviy protsessorlar shunday qilishadi.

Endi bizda ko'pincha bitta ko'rsatmani tsiklni bajara oladigan protsessor bor, bu yaxshi ko'rinadi! Bu allaqachon asosiy chastotani oshirmasdan to'rt baravar tezlashuv.
Uskuna nuqtai nazaridan, quvur liniyasining har bir bosqichi ushbu bosqich uchun mantiqiy modullardan iborat bo'lib, protsessor soati nasos kabi ishlaydi, signallarni (yoki ma'lumotlarni aytish mumkin) bir bosqichdan ikkinchisiga bir vaqtning o'zida pompalaydi., shunga o'xshash.

Aslida, bunday oddiy tuzilishga qo'shimcha ravishda, zamonaviy protsessorlarda, birinchi navbatda, butun sonni ko'paytirish, qo'shish, bitli operatsiyalar, suzuvchi nuqta raqamlari bo'yicha turli xil operatsiyalar va boshqalar kabi ko'plab qo'shimcha Alular mavjud., deyarli har bir umumiy operatsiya uchun kamida bitta ALU bilan. ikkinchidan, agar oldingi ko'rsatmaning natijasi keyingi ko'rsatmaning operandasi bo'lsa, unda nima uchun ma'lumotlarni registrga qaytarish kerak? Shunday qilib, bu holda ma'lumotlarni operatorning kirish portiga yo'naltirish uchun ishlatiladigan Bypass (oldinga o'tish) yo'li keladi. Barchasini birlashtirib, batafsilroq quvurli mikroarxitektura shunday ko'rinadi.


Ko'p emissiya-superskalar protsessorlari
Butun sonli operatorlar va suzuvchi nuqta operatorlari va boshqa ba'zi Alular bir-biriga bog'liq emasligi va o'z ishlarini bajarganligi sababli, nega ularni yanada siqib, birgalikda imkon qadar band qilmaslik kerak? Bu ko'p ishga tushirish va superskalar protsessorlarini keltirib chiqaradi. Ko'p emissiya shuni anglatadiki, protsessor har bir tsikl uchun bir nechta ko'rsatmalarni" olov " qilishi mumkin, masalan, suzuvchi nuqta va butun son ko'rsatmalari bir-biriga aralashmasdan bir vaqtning o'zida bajarilishi mumkin. Buni amalga oshirish uchun olib kelish va dekodlash fazalarining mantig'ini kuchaytirish kerak, bu esa a deb nomlangan tuzilmani keltirib chiqaradischeduler yoki distributor, qaysi, bu kabi ko'rinadi.