|
|
Все команды МП имеют длину 32 разряда.
Микропроцессор АМ 29000 фирмы АМD.
МП содержит три устройства : предварительной выборки, исполнительное, управления памятью.
Исполнительное устройство включает в себя регистровый файл, содержащий 64 регистрас фиксированным адресом ( глобальные регистры ) и 128 регистров с переменным адресом ( локальные регистры).
Глобальные регистры назначаются статически компилятором или программистом. Они могут быть использованы для размещения данных ОС, таких, как базовых адресов страниц.
Локальные регистры выполняют функции регистров стека для хранения параметров процедуры обращения к подпрограмме. Все команды имеют фиксированный 32-разрядный формат,обеспечивающий упрощение организации конвейера, схемы выборки и обработки команды и др.
Микропроцессоры фирмы Intel.
В процессорах применяются расширенные микроканалы, характеризующиеся следующими пеимуществами : поддержка параллельной многопроцессорной многозадачной работы; до 15 каналов прямого доступа; одновременная обработка и выборка данных; усовершенствованный доступ к данным; усовершенствованная диагностика и локализация ошибок; управление конфликтами при прерываниях ввода - вывода; автоматическое расширение; идентификация и интеграция.
Микропроцессор i80386.
В 80386 имеется 32 регистра, разделяемых на следующие группы : регистры общего назначения, сегментные, указатель команд и флаги, управления.
Шесть програмно доступных регистров отладки реализуют поддержку процесса отладки программ : четыре указывают четыре точки останова, управляющий используется для установки контрольных точек , а статусный показывает текущее состояние точек останова. Эти регистры обеспечивают задание контрольных точек останова по командам и данным, а также пошаговый режим выполнения программы.
Микропроцессор 80386 содержит шесть блоков, обеспечивающих управление выполнением команд, сегментацию, страничную рганизацию памяти, сопряжение с шинами, декодирование и упреждающую выборку команд. Все эти устройства работают в виде конвейера, причем каждое из них может выполнять свою
конкретную функцию параллельно с другими. Таким образом, во время выполнения одной команды производится декодирование второй, а третья выбирается из памяти. Дополнительным средством повышения производительности служит специальный блок быстрого умножения (деления). Устройство управления памятью содержит блок сегментации и блок страничной организации. Сегментация позволяет управлять логическим адресным пространством, обеспечивая переместимость программ и данных и эффективное разделение памяти между задачами. Страничный механизм работает на более низком уровне я прозрачен для сегментации, позволяя управлять физическим адресным пространством. Каждый сегмент разделяется на одну или несколько страниц размером 4 Кбайта.
Память организована в виде одного или нескольких сегментов переменной длины. Максимальная длина сегмента 4 Гбайта. Каждая область адресного пространства может иметь связанные с ней атрибуты, определяющие ее расположение, размер, тип (стек, программа или данные) характеристики зашиты.
Устройство сегментации обеспечивает четырехуровневую защиту для изоляции прикладных задач и операционной системы друг от друга.
Микропроцессор i486.
По сравнению с 80386 процессором, почти все усовершенствования сделаны на аппаратном уровне, и у нового процессора гораздо больше. На кристалле, кроме центрального процессора, были размещены : математический сопроцессор, кэш и устройство управления памяпью, которое позволяло физически адресовать до 4 Гбайт ОЗУ. Микропроцессор 80486 на частоте 25 - Мгц работал в 3 - 4 раза быстрее чем микропроцессор 80386, расчитанный на такую же частоту.
В микропроцессоре используются раздельные 32 - разрядные шины адреса и данных, обеспечивающие в монопольном режиме скорость передачи данных до 106 М байт\с ( при тактовой частоте 33 Мгц ), а также 8 Кбайт встроеной кэш - памяти, играющей роль буфера между относительно медленной основной памятью и высокоскоростным процессором. Процессор i80486 в своё время являлся незаменимым при работе в такой многопользовательской системе как UNIX.
Выбор показателей для оценки микропроцессоров.
Первый показатель - архитектура самого микропроцессора, какая она RISC или CISC.
Основные характеристики архитектур типовых MП приведены на следующей странице:
Характеристика
CISC
RISC
Формат команд
Переменный
Стандартный
Структура команд
Сложная
Простая
Выполнение всех команд
Аппаратно - програмное
Аппаратное
Число команд
Большое
Небольшое
Число регистров
Небольшое
Большое
Время обработки прерывания
Среднее
Очень малое
Тактовая частота, МГц
25 ; 33 ; 40
12 ; 16,7 ; 20
Среднее число тактов за инструкцию
4 - 6
1,2 - 2
Среднее число транзисторов, тыс.
300 - 400
до 50
Быстродействие млн. оп\с.
4 - 6
10 - 12
Отношение тыс транзисторов\млн. оп\с
70
5
Постепенное усложнение CISC-процессоров происходит в направлении более совершенного управления машинными ресурсами, а также в направлении сближения машинных языков с языками высокого уровня.
В то же время сложная система команд и переменный формат команды процессором с CISC архитектурой привели к быстрому росту сложности схем (80386 содержит 270 тыс., а 80486 - 1 млн. транзисторов) и, как следствие, к пределу возможностей CISC- архитектуры в рамках существующей кремниевой технологии.
Усложнение RISС процессоров фактически приближает их архитектуру к СISC-архитектуре.
В настоящее время число MП с RISC-архитектурой существенно возросло и все ведущие фирмы США их производят, в том числе фирмы Intel, Motorola - производители основных семейств МП с СISC-архнтектурой.
Процессоры с RISC - архитектурой широко применяются в платах - ускорителях ( акселераторах ) для преобразования стандартных 16 - разрядных ПЭВМ в 32 - разрядные персональные системы высокой производительности.
Второй показатель - производительность. Различают несколько производительностей, в данном случае я рассмотрю 2 вида : пиковую или предельную ( производительность процессора без учета времени обращения к оперативной памяти за операндами ) и номинальную (производительность процессора с оперативной памятью ).
Пиковая производительность определяется как среднее число команд типа «регистр - регистр», выполняемых в единицу времени без учета их статистического веса в выбранном классе задач. В настоящее время за рубежом пиковая производитель ность процессора измеряется для команды типа «нет операции» в миллионах операций в сек.
Номнальная производительность традиционно определяется как среднее число команд, выполняемых полсистемой «процессор - память» с учетом их статистического веса в выбранном классе задач. Она рассчитывается, как правило, по формулам и специальным методикам, предложенным процессров определенных архитектур, и измеряется разботанными для них измерительными программами, реализующими соответствующую эталонную нагрузку.
Третий показатель - быстродействие, измеряемое миллионами тактов всекунду или Мега Герцами. Чем больше Мгц тем лучше, хотя выбор наиболее быстрого процессора в этом плане зависит от толщины кошелька.
Сравнительная оценка структур и архитектур
совместимых 32-разрядных микропроцессоров.
В микропроцессорной индустрии только фирма Intel “ изобрела велосипед “ остальные фирмы и корпорации “ плясали от исходного “ приобретая патенты или дорабатывая и усовершенствуя, на сколько позволял прогресс в этой области, детища фирмы Intel. Поэтому я попробую сравнить продукты этой фирмы, считая все остальные процессоры клонами с доработками или без.
Оба процессора 80386 и 80486 имеют одинаковую архитектуру - CISC. Фирма Intel заняла нишу CISC процессоров, процессоров более общего применения по существенно низким ценам.
Фирма Intel для оценки производительности своих процессоров предложила специальный индекс - iCOMP (Intel COmparative Microprocessor Performance), который, по ее мнению,более точно отражает возрастание производительности при переходе к новому поколению процессоров (некоторые из выпущенных уже моделей компьютеров на основе Pentium при выполнении определенных программ демонстрируют даже меньшее быстродействие, чем компьютеры на основе 486DX2-66, это связано как с недостатками конкретных системных плат, так и с неоптимизированностью программных кодов). Производительность процессора 486SX-25 принимается за 100. Производительность других про- цессоров, которые останутся в ближайшей производственной программе фирмы Intel, представлена в следующей таблице:
МОДЕЛЬ
ИНДЕКС iCOMP
При использовании материалов активная ссылка на источник обязательна.