Ядро процессора - Современные процессоры, их сравнительные характеристики
Ядро процессора - это его основная часть, содержащая все функциональные блоки и осуществляющая выполнение всех логических и арифметических операций.
На рисунке 1 приведена структурная схема устройства ядра процессора. Как видно на рисунке, каждое ядро процессора состоит из нескольких функциональных блоков:
- - блока выборки инструкций; - блоков декодирования инструкций; - блоков выборки данных; - управляющего блока; - блоков выполнения инструкций; - блоков сохранения результатов; - блока работы с прерываниями; - ПЗУ, содержащего микрокод; - набора регистров; - счетчика команд.
Блок выборки инструкций осуществляет считывание инструкций по адресу, указанному в счетчике команд. Обычно, за такт он считывает несколько инструкций. Количество считываемых инструкций обусловлено количеством блоков декодирования, так как необходимо на каждом такте работы максимально загрузить блоки декодирования. Для того чтобы блок выборки инструкций работал оптимально, в ядре процессора имеется предсказатель переходов.
Предсказатель переходов пытается определить, какая последовательность команд будет выполняться после совершения перехода. Это необходимо, чтобы после условного перехода максимально нагрузить конвейер ядра процессора.
Блоки декодирования, как понятно из названия, - это блоки, которые занимаются декодированием инструкций, т. е. определяют, что надо сделать процессору, и какие дополнительные данные нужны для выполнения инструкции. Задача эта для большинства современных коммерческих процессоров, построенных на базе концепции CISC, - очень сложная. Дело в том, что длина инструкций и количество операндов - нефиксированные, и это сильно усложняет жизнь разработчикам процессоров и делает процесс декодирования нетривиальной задачей.
Часто отдельные сложные команды приходится заменять микрокодом - серией простых инструкций, в совокупности выполняющих то же действие, что и одна сложная инструкция. Набор микрокода прошит в ПЗУ, встроенном в процессоре. К тому же микрокод упрощает разработку процессора, так как отпадает надобность в создании сложноустроенных блоков ядра для выполнения отдельных команд, да и исправить микрокод гораздо проще, чем устранить ошибку в функционировании блока.
В современных процессорах, обычно, бывает 2-4 блока декодирования инструкций, например, в процессорах Intel Core 2 каждое ядро содержит по два таких блока.
Блоки выборки данных осуществляют выборку данных из КЭШ-памяти или ОЗУ, необходимых для выполнения текущих инструкций. Обычно, каждое процессорное ядро содержит несколько блоков выборки данных. Например, в процессорах Intel Core используется по два блока выборки данных для каждого ядра.
Управляющий блок на основании декодированных инструкций управляет работой блоков выполнения инструкций, распределяет нагрузку между ними, обеспечивает своевременное и верное выполнение инструкций. Это один из наиболее важных блоков ядра процессора.
Блоки выполнения инструкций включают в себя несколько разнотипных блоков:
ALU - арифметическое логическое устройство;
FPU - устройство по выполнению операций с плавающей точкой;
Блоки для обработки расширения наборов инструкций. Дополнительные инструкции используются для ускорения обработки потоков данных, шифрования и дешифрования, кодирования видео и так далее. Для этого в ядро процессора вводят дополнительные регистры и наборы логики. На данный момент наиболее популярными расширениями наборов инструкция являются:
MMX (Multimedia Extensions) - набор инструкций, разработанный компанией Intel, для ускорения кодирования и декодирования потоковых аудио и видео-данных;
SSE (Streaming SIMD Extensions) - набор инструкций, разработанный компанией Intel, для выполнения одной и той же последовательности операций над множеством данных с распараллеливанием вычислительного процесса. Наборы команд постоянно совершенствуются, и на данный момент имеются ревизии: SSE, SSE2, SSE3, SSSE3, SSE4;
ATA (Application Targeted Accelerator) - набор инструкций, разработанный компанией Intel, для ускорения работы специализированного программного обеспечения и снижения энергопотребления при работе с такими программами. Эти инструкции могут использоваться, например, при расчете контрольных сумм или поиска данных;
3DNow - набор инструкций, разработанный компанией AMD, для расширения возможностей набора инструкций MMX;
AES (Advanced Encryption Standard) - набор инструкций, разработанный компанией Intel, для ускорения работы приложений, использующих шифрование данных по одноименному алгоритму.
Блок сохранения результатов обеспечивает запись результата выполнения инструкции в ОЗУ по адресу, указанному в обрабатываемой инструкции.
Блок работы с прерываниями. Работа с прерываниями - одна из важнейших задач процессора, позволяющая ему своевременно реагировать на события, прерывать ход работы программы и выполнять требуемые от него действия. Благодаря наличию прерываний, процессор способен к псевдопараллельной работе, т. е. к, так называемой, многозадачности.
Обработка прерываний происходит следующим образом. Процессор перед началом каждого цикла работы проверяет наличие запроса на прерывание. Если есть прерывание для обработки, процессор сохраняет в стек адрес инструкции, которую он должен был выполнить, и данные, полученные после выполнения последней инструкции, и переходит к выполнению функции обработки прерывания.
После окончания выполнения функции обработки прерывания, из стека считываются сохраненные в него данные, и процессор возобновляет выполнение восстановленной задачи.
Регистры - сверхбыстрая оперативная память (доступ к регистрам в несколько раз быстрее доступа к КЭШ-памяти) небольшого объема (несколько сотен байт), входящая в состав процессора, для временного хранения промежуточных результатов выполнения инструкций. Регистры процессора делятся на два типа: регистры общего назначения и специальные регистры. Регистры общего назначения используются при выполнении арифметических и логических операций, или специфических операций дополнительных наборов инструкций (MMX, SSE и т. д.).
Регистры специального назначения содержат системные данные, необходимые для работы процессора. К таким регистрам относятся, например, регистры управления, регистры системных адресов, регистры отладки и т. д. Доступ к этим регистрам жестко регламентирован.
Счетчик команд - регистр, содержащий адрес команды, которую процессор начнет выполнять на следующем такте работы.
Похожие статьи
-
Особенности процессора 80386 - Архитектура и процессоры персональных компьютеров
32-разрядный процессор i80386 открыл новый этап в истории микропроцессоров Intel и персональных компьютеров типа IBM PC. Естественно, он сохранял полную...
-
Особенности процессора 486 - Архитектура и процессоры персональных компьютеров
Процессор 486 является представителем второго поколения 32-разрядных процессоров. Он сохраняет основные принципы архитектуры процессора 80386, а также...
-
Фирма Advanced Micro Devices (AMD), как уже говорилось, начала производство микропроцессоров с выпуска дешевых аналогов процессоров 80386 и 486SX фирмы...
-
Центральные процессоры - Характеристика, классификация и принцип работы центральных процессоров
Центральный процессор (ЦП, или центральное процессорное устройство -- ЦПУ; англ. central processing unit, CPU, дословно -- центральное обрабатывающее...
-
Особенности процессора 80286 - Архитектура и процессоры персональных компьютеров
Несмотря на то, что процессор 80286 остался 16-разрядным, как и его предшественник 8086, он представлял собой новое поколение процессоров, что определило...
-
Архитектура фон Неймана - Характеристика, классификация и принцип работы центральных процессоров
Большинство современных процессоров для персональных компьютеров в общем основаны на той или иной версии циклического процесса последовательной обработки...
-
Современные DLP системы - Сравнительный анализ DLP-систем, их функциональные возможности
SearchInform "Контур информационной безопасности SearchInform" - одно из наиболее совершенных решений по контролю над информационными потоками...
-
Основой нового интерфейса, как известно, в общем случае будут являться дифференциальные сигнальные пары контактов, совершающие обмен данными по схеме...
-
Основные требования и характеристики современных и применение технических средств АИС Автоматизированная информационная система (АИС) представляет собой...
-
Особенности процессоров Pentium - Архитектура и процессоры персональных компьютеров
Процессоры Pentium относятся к пятому поколению процессоров или к третьему поколению 32-разрядных процессоров. По своим основным архитектурным принципам...
-
Процессоры Cyrix, Процессоры Sun Microsystеms - Микропроцессоры для пользователя
Первая вещь из грандиозного проекта М1 компании Cyrix, наконец обнародована. Это процессор Сх 6х86-100, монстроподобный кристалл которого сложен и очень...
-
Виды архитектур - Микропроцессор как важнейший компонент персонального компьютера
Конвейерная архитектура Конвейерная архитектура (англ. pipelining) была введена в центральный процессор с целью повышения быстродействия. Обычно для...
-
Сегодня на рынке представлено достаточно большое количество автоматизированных систем в области гостиничного бизнеса. Каждая организация выбирает систему...
-
В данной части работы, рассмотрим необходимое программное обеспечение для распознавания и перевода вышеприведенных документов из графического формата в...
-
Ядром вычислительной dataflow-системы будем называть совокупность оборудования, которое осуществляет сбор данных для формирования исполняемого пакета. В...
-
К основным характеристикам принтеров можно относятся: - ширина каретки, которая обычно соответствую бумажному формату А3 или А4; - скорость печати,...
-
Составление семантического ядра интернет-сайта для улучшения позиции в поисковой выдаче
Введение Интернет - неотъемлемая часть современного бизнеса. Это среда, в которой любая компания или индивид, находящиеся в любой точке экономической...
-
Информация очень разнообразна по содержанию и в зависимости от вида деятельности, в которой используется, может классифицироваться как научная,...
-
Процессоры Digital Еquiрmеnt - Микропроцессоры для пользователя
Digital Еquiрmеnt процессор AlрНa наиболее тесно следует в русле RISC-философии по сравнению со своими конкурентами, "посрезав излишки сала" с аппаратуры...
-
Важные составляющие ядра - Операционная система Linux
Ядро системы Linux состоит из нескольких основных частей: блок управления процессами, блок управления памятью, драйверы устройств, драйверы файловых...
-
В данном пункте дипломного проекта на основании характеристик распространения, полученных из литературных источников, экспериментальных измерений,...
-
Электронное правительство - это система взаимодействия органов государственной власти с населением, основанная на широком применении современных...
-
Актуальность проблемы хранения и оперативного поиска данных привела к появлению такого понятия, как хранилище данных. Следует упомянуть о необходимости...
-
Современные табличные процессоры имеют очень широкие функциональные и вспомогательные возможности, обеспечивающие удобную и эффективную работу...
-
Объектом обследования являются ИС, используемые на предприятии, архитектура КИВС и ее функционирование. Для определения перечня и границ ИС были...
-
Режимы процессора, Реальный режим, Защищенный режим - Модельный процессор МП 80386
Для более полного понятия системы команд МП 80386 необходимо предварительно описать общую схему его работы и архитектуру. В данном реферате не...
-
Введение, Ядро Parasolid - Ядро Parasolid
ANSYS -- универсальная программная система конечно-элементного (МКЭ) анализа, существующая и развивающаяся на протяжении последних 30 лет, является...
-
Особенности процессоров 8086/8088 - Архитектура и процессоры персональных компьютеров
Описание микропроцессоров фирмы Intel мы начнем с процессоров i8086/8088. Именно заложенные в них архитектурные решения во многом определили архитектуру...
-
Архитектура персонального компьютера - Архитектура и процессоры персональных компьютеров
Персональный компьютер типа IBM PC имеет довольно традиционную архитектуру микропроцессорной системы и содержит все обычные функциональные узлы:...
-
Характеристика предприятия, Системный блок - Компьютерный парк централизованной библиотечной системы
Компьютерный парк централизованной библиотечной системы (ЦБС) Железинского района состоит из 15 компьютеров, 6 лазерных принтеров, 3 планшетных сканера и...
-
Корпоративные сети. Характеристики корпоративных компьютерных сетей В зависимости от масштаба производственного подразделения, в пределах которого...
-
Регистры ЦП - Разработка программ на языке Ассемблер и на языке HTML
Для выполнения арифметических действий, пересылки данных и адресации, компьютер имеет ряд регистров. Регистр - это область памяти для временного хранения...
-
Каждый из видов графики имеет свои достоинства и недостатки, следует отметить определенную "зеркальность" их достоинств и недостатков. Среди достоинств...
-
Собственные числа матрицы N - размерность матрицы; I - номер строки; J - номер столбца. Оценки собственных чисел матрицы Таблица 14. Оценки приоритетов...
-
ПК-1 ЦП Intel Core 2 CPU E6300 2.86GHz 2.87GHz; ОЗУ: 2,00 ГБ; ОС: Windows XP 32-разрядная; Видеокарта: NVIDIA GeForce 8600; Звуковая карта: Realtek ac97;...
-
Организационно-экономическая характеристика Общество с ограниченной ответственностью "Дружба", действует в Уставом и действующим законодательством...
-
Формирование области многокритериального выбора вариантов Стоит задача о выборе марки автомобиля с их известными особенностями и характеристиками....
-
Анализ современных средств информационных технологий для принятия управленческих решений
Аннотация Статья представляет собой сравнительный анализ программных продуктов для решения задач по принятию управленческих решений. Abstract The article...
-
Программные продукты ANSYS, CivilFEM for ANSYS - Ядро Parasolid
Компания ANSYS, Inc. предлагает широкий спектр программных продуктов для решения инженерных задач с использованием технологий численного моделирования....
-
Модели данных ГИС. Их основные характеристики - Геоинформационные системы
Модели данных ГИС описывают цифровое представление и взаимосвязи географических объектов, что является логическим описанием выбранных объектов реального...
Ядро процессора - Современные процессоры, их сравнительные характеристики