Основы :
1]-Производительность
2]-Закон Мура
3]-Энергопотребление
4]-Совместимость
Производительность - способность компьютера обрабатывать информацию определяется его производительностью. Центральный процессор - тот элемент компьютера, который непосредственно выполняет обработку информации. Эпитет <<центральный>> подчеркивает роль этого процессора в работе компьютера, а также указывает на то, что в компьютере могут быть еще процессоры, выполняющие вспомогательные функции , например, видеопроцессор, математический сопроцессор и тому подобные. В современных ПК один центральный процессор(ЦП), поэтому его производительность определяет производительность компьютера в целом.
| Производительность процессора - скорость с которой процессор выполняет операции по обработке информации. |
Пример - Электромагнитные сигналы (волны) распространяются со скоростью света c ≈ 3*108 м/с , частота волны, v связана со скоростью распространения соотношением v*a=c, где a - длина волны, а период колебания связан с частотой отношением T=1/v. Определим время, за которое электромагнитный сигнал проходит расстояние 30см.: t = 0.3/3*108 = 10-9c, если за это время электромагнитная волна совершает одно колебание, то ее частота v=1/10-9=109Гц=1Ггц. Таким образом, при частоте колебаний 1Ггц устройства, расположенные на расстоянии 30см будут получать синхроимпульсы равно на 1 такт позже устройств, расположенных в непосредственной близости. Такое отставание приведет к полной неработоспособности вей компьютерной системы. На самом деле для серьезных сбоев достаточно меньших задержек, на частоте в 100Мгц уже необходимо принимать специальные меры, учитывающие волновой характер электромагнитных сигналов.
В качестве компромиссного решения для повышения производительности стали увеличивать частоту внутри самого ЦП, оставляя ее неизменной на системной плате. Размеры процессора много меньше размеров компьютера, и влияние задержек распространения сигналов внутри него при частотах в несколько гигагерц не сказывается. Современные процессоры работают на частоте десять-пятнадцать раз превышающей частоту тактового генератора. Преобразование частоты выполняется внутри процессора, параметр, характеризирующий отношение частот называется множителем, или коэффициентом умножения.
Пример 2 - Определим коэффициент умножения процессора по записи в прайс-листе: Intel Pentium 4 1.8 GHz/400Mhz / 512K BOX 478-PGA Тактовая частота процессора 1,8 ГГц, частота системной шины - 400 МГц , эта частота является учетверенной частотой относительно частоты тактового генератора при использовании технологии Quad-Pumped - четырехкратного считывания такт, которая составит 100 МГц, таким образом, коэффициент умножения - 1800/100=18. Переход на более высокую тактовую частоту внутри ЦП привел к новым проблемам: ЦП получает команды и данные из оперативной памяти, которая находится на системной плате и работает на более низкой частоте. Слишком <<быстрый>> процессор просто будет вынужден ждать ответа из памяти, и общее быстродействие компьютера увеличится незначительно. Для решения этой проблемы была введена специальная промежуточная быстродействующая память, названная КЭШ-памятью (<<наличной>>памятью).
| КЭШ-память - память небольшого объема с высоким быстродействием. В КЭШ копируются команды и данные, с которыми работает процессор. При наличии такого вида памяти процессор всегда сначала обращается к КЭШу, и только если КЭШ не содержит нужных данных тогда запрос направляется в оперативную память. При выполнении одних и тех же команд, например в циклах, КЭШ позволяет значительно повысить производительность работы процессора. |
В современных ЦП система КЭШ-памяти многоуровневая, чем меньше номер уровня (Level) тем <<ближе>> к ЦП расположена память. Уровни L1 и L2 находятся на кристалле ЦП и работают на одной с ним тактовой частоте. Усложнение структуры ЦП приводит к возникновению такого понятия , как ядро. Фирма Intel ввела это понятие, подразумевающее физическое разделение блоков на кристалле на так называемое ядро и остальные элементы (контроллеры памяти, интерфейс шины, КЭШ и т.д.) На ядро обычно подается меньше напряжение питания. Появляются версии одного и того же ЦП с разными ядрами. Сам ЦП становится сложным устройством, содержащим собственно процессор и некоторую внешнюю по отношению к процессору структуру.