Техника - молодёжи 1996-02, страница 16

■ ПЕРСОНАЛКА»

Н А

ВАШЕМ

СТОЛЕ

БЫСТРОМУ коню-ШИРОКУЮ ДОРОГУ

С 1981 года, когда появился родоначальник знаменитого ныне клана IBM PC, именуемый у нас ласково-пренебрежительно "экстишкой", много воды утекло. Но по сей день популярные диагностирующие программы — Checklt, Syslnfo и некоторые другие — используют как точку отсчета старый добрый IBM PC XT, измеряя производительность последующих поколений ПК относительно их предтечи. Скажем, в тесте CPU, то бишь центрального процессора, утилита Syslnfo показывает результат 144 (стандартная величина для i80486 DX2/66 в компьютере с кэш-памятью 256 Кбайт). Это означает, что данный процессор в оптимальных для себя условиях в 144 раза производительней своего предтечи — I8086. От чего зависит эффективность работы главных в ПК, а следовательно, и ма-в целом? Перелистав кипу мудре-

Производительность компьютера определяется во многом быстродействием трех основных частей системного блока: центрального процессора (ЦП), оперативной памяти и системы ввода-вывода.

Наиболее очевидный способ повышения быстродействия — увеличение тактовой частоты, на которой работают электронные схемы ЭВМ. Однако этот метод имеет существенные ограничения. Вспомним, что любой проводник и полупроводник обладают собственными индуктивностью L и емкостью С (два проводника, расположенные на некотором расстоянии друг от друга, образуют своего рода конденсатор). Величины L и С элемента схемы определяются его геометрическими размерами. Для низкочастотного переменного тока собственными (паразитическими) индуктивностью и емкостью элементов можно пренебречь — значение реактивного сопротивления wL очень мало, а 1/соС — велико. С повышением ш=2к\, где f — частота синусоидальных колебаний тока, эти параметры начинают существенно влиять на работу схемы: сопротивление индуктивности растет, а емкости — падает, кроме того, паразитические реактивности вносят в.форму сигналов увеличивающиеся с ростом частоты искажения. В итоге быстродействие полупроводниковых элементов ограничивается. Поэтому увеличение тактовой частоты должно со-, провождаться уменьшением размеров эле-

ее реализации. Классическим способом повышения быстродействия ЦП является так называемая конвейеризация. Процесс выполнения любой команды состоит из нескольких стадий, выполняемых различными функциональными устройствами ЦП: это выборка кода из памяти, его дешифрация, выполнение и другие действия. Чтобы исключить простои функциональных устройств ЦП на не связанных с ними стадиях выполнения команды, вычислительный процесс организуют в виде конвейера — так, что несколько команд одновременно находятся на различных стадиях обработки (скажем, в тот момент, пока выполняется одна команда, следующая уже выбирается из памяти). Эффективная система конвейеров позволяет свести время выполнения большинства команд до одного машинного такта. Дальней ший рост производительности ЦП достига ется путем одновременного манд несколькими исполняющими устрой ствами, имеющими собственные конвейеры. Так, например, микропроцессор PowerPC 620 располагает 6 исполняющими устройствами и способен выполнять одновременно до 4 команд, причем порядок их выполнения с целью повышения производительности может быть нарушен (специальная логика этого МП позволяет завершить выполнение команд в порядке, предусмотренном программой). Существуют и другие технические решения. Например, вышеупомянутый 620-й имеет специальную логику "предсказания" программных переходов, вычисляющую возможные их адреса (с вероятностью до 90%) одновременно с выполнением самой программы.

Значительное влияние на производительность компьютера оказывает быстродействие его оперативной памяти, Исполь-

Сегодня д

зуются два типа физической организации памяти — статическая и динамическая. Элементом статической памяти является триггер, а динамической — конденсатор. Динамическая память дешевле статической, однако имеет существенный недоста ток — необходимость восстанавливать за ряд на разряжающихся со временем кон денсаторах (регенерировать память). Реге нерация оперативной памяти снижает производительность ЭВМ не менее, чем на 5%, так как осуществляется централизованно путем инициализации цикла прямого доступа, при котором ЦП переходит в состояние ожидания. При тактовой частоте 20 МГц и выше быстродействие ЦП начинает опережать скорость доступа к динамической памяти, что вынуждает ЦП также вводить одно или несколько состояний ожидания, значительно снижающих быстродействие ЭВМ, поэтому для полной реализации потенциальных скоростных возможностей современных процессоров используется многоуровневая иерархическая память. Она включает в себя быстродействующую статическую кэш-память, которая становится буфером между ЦП и основной памятью.

Эта схема позволяет избежать применения дорогостоящих статических микросхем большой емкости и в то же время существенно повысить производительность ЭВМ. В кэш-памяти данных на статических ИС небольшой емкости хранится наиболее используемая в данный момент информация, копируемая специальным кэш-контроллером из основной динамической памяти. При каждом обращении ЦП к памяти этот контроллер проверяет наличие запрашиваемых данных в кэше. Если они там есть (попадание), то ЦП получает их из кэш-памяти, в противном случае (промах) выполняется обычный цикл обращения к основной памяти (с состояниями ожидания). При объеме кэш-памяти 32 Кбайт вероятность попадания составляет более 90%. Кэш-контроллер ведет статистический учет обращений к основной памяти и копирует в кэш только наиболее часто используемые ее области.

Современные процессоры, как правило,

лятора. В обиход

тор. устанавливаемый непосредственно на микропроцессор, будь то Pentium или почти столь же горячий DX4/100.

Не успели i ли ПК привыкнуть Penlium'y, как нач,

два ограничения. Первое — технологическое — определяется точностью оборудования для производства кристаллов, второе — связано с проблемой теплоотвода. С уменьшением поперечного сечения элементов растет их сопротивление току, а следовательно, и количество рассеиваемого тепла, что при огромной степени интеграции современных "чипов" может привести к перегреву кристалла и его выходу из строя. Эта проблема вынуждает производителей разрабатывать специальные средства теплоотвода — различные радиаторы и вентиляторы.

Быстродействие центрального процессора помимо тактовой частоты определяется его внутренней логикой — системой команд (см. "ТМ" № 11 за 1995 год) и архитектурой

сора следующего г

Pro. В корпусе два кри сталла, один — собст венно процессор, дру

ит столько, что рядовому потребителю не по карману, и потому пока применяется лишь в

ТЕХНИКА-М ЕЖИ 2' 9 6