Головна

перспективи

  1.  Аналіз і перспективи розвитку логістичних центрів Республіки Казахстан
  2.  майбутні перспективи
  3.  МОЖЛИВОСТІ ВТРУЧАННЯ. КОШТИ ТА ПЕРСПЕКТИВИ.
  4.  Можливості та перспективи протоколу MGCP
  5.  Глобальні перспективи універсалізму.
  6.  подальші перспективи
  7.  Даровський В. Д. Перспективи комплексної автоматизації технологічних систем. - Фрунзе: «Киргизстан», 1989. - С. 22.

Комп'ютерна революція, що відбулася в другій половині минулого століття, пов'язана, перш за все, з низкою знакових досягнень в електронній, а точніше в мікроелектронної, техніці. Саме досягнення електроніки привели до фантастичного прогресу в справі розробки технічних засобів інформатики. У зв'язку з цим необхідно хоча б згадати про основні етапи розвитку електронної техніки минулого століття - основи сучасних комп'ютерів.

Найважливішою подією в розвитку електроніки зазначеного періоду є розробка транзистора. У 1951 р Вільям Шоклі, співробітник Bell Lab., Найбільшого американського концерну по телеграфії і телефонії, продемонстрував світові перший транзистор, який представляє тришаровий «сендвіч» завтовшки близько 1 см, укладений в металевий корпус. Це спільна робота, в якій також брали участь співробітники тієї ж лабораторії Джон Бардін і Уолтер Браттейн, була цілком заслужено оцінена Нобелівською премією з фізики в 1956 р (до речі, Джон Бардін двічі лауреат Нобелівської премії - друга за теплу надпровідність).

Хоча винахід транзистора було видатним досягненням, воно не відразу завоював гідне місце через труднощі виробництва. На початковому етапі ціна транзисторів була досить високою (більш ніж в 10 разів перевищувала вартість електронних ламп).

Другою подією в сфері електроніки, можливо менш глобальним, але також дуже важливим з технічної точки зору, було створення в 1958 р першої інтегральної схеми співробітником Texas Instruments Джеком Кілбі і її удосконалення, що дозволило почати їх масове виробництво Джином херню і Робертом Нойсом. Інженери охрестили ці пристрої інтегральними мікросхемами (ІМС), але частіше їх називають чіпами (Chip - тріска); це стало початком епохи мініатюризації в електроніці.

Джек Кілбі також отримав Нобелівську премію, правда, вже в новому столітті за дослідження в сфері нанотехнології.

І, нарешті, третім найважливішим подією в розвитку електроніки, орієнтованої на комп'ютерну техніку, є розробка 34-річним співробітником фірми Intel (Integrated electronics) Едвардом Хоффом в 1970 р мікропроцесора - інтегральної схеми (Chip), що реалізує функції центрального процесора комп'ютера. Цей процесор отримав назву Intel 4004, мав розмір 3х4 мм і включав 2250 транзисторів (ступінь інтеграції 2250). Ця робота велася в рамках розробки мікрокалькулятора на замовлення японців.

Хоча вивчають і розробляють мікропроцесори фахівці з електронної техніки, чітке уявлення про ці пристрої необхідно мати сьогодні будь-якому користувачеві обчислювальної техніки по ряду причин. Саме мікропроцесори забезпечили появу мікрокомп'ютера, персональних комп'ютерів, робочих станцій, серверів і суперсерверов. Для рядового користувача можливості його ПК в значній мірі визначаються типом використовуваного мікропроцесора.

мікропроцесор (МП) - виготовлений за допомогою технології високого ступеня інтеграції прилад, який здатний виконувати під дією програмного управління функції центрального процесора комп'ютера. Поява мікропроцесорів пов'язано з прагненням конкуруючих фірм, що виготовляють електронну техніку, створити більш універсальну систему логічних елементів на базі нових технологій. Області поширення МП значно перевершили найоптимістичніші припущення розробників. Уже в 1977 р близько 35 зарубіжних фірм випускали більше 50-ти типів МП. За порівняно невеликий проміжок часу в технології виробництва МП був досягнутий колосальний прогрес. До кінця 2000 р ступінь інтеграції МП перевищила * 400 млн при кількості контактів близько 500 і розсіюється більше 100 Вт. Розрядність процесорів зросла з чотирьох до шістдесяти чотирьох. Вважається, що розробники електронної техніки здійснили економічне диво: якщо на початку 60-х років транзистор коштував близько 20 дол., То, якщо подумки виділити такий елемент в 80-і роки з інтегральної схеми, він вже коштує близько 0,0000002 дол.

Можна виділити два напрямки застосування МП:

1) МП використовуються в комплексі схемних елементів у вигляді мікрокомп'ютера, тобто системи, зібраної на одній або декількох платах і містить МП, ВП і блоки (модулі) введення-виведення; є можливість застосовувати цю систему самостійно спільно зі звичайними периферійними пристроями;

2) МП представляє сімейство великих інтегральних схем (ВІС), які вбудовуються як інтегральне ціле в створювану систему на розсуд інженера-проектувальника.

До 1978 р МП в основному застосовувалися в інформаційно-вимірювальних і управляючих системах і, хоча інтерес до них був дуже великий, проте, вони використовувалися відносно невеликим колом висококваліфікованих фахівців з електроніки та програмування. Однак поява в 1978 р
 16-розрядної МП фірми Intel-8086 відкрило нову еру в використанні МП - еру персональних комп'ютерів. Це була мінімальна розрядність машинного слова для універсальних комп'ютерів, використовувана в найпоширеніших на ті часи (з найбільш доступних) міні-комп'ютерах.

МП можна класифікувати ще за низкою ознак.

По конструкції МП поділяються:

на однокристальних, в яких, як правило, вся логіка розміщується в одному кристалі, вони мають постійну розрядність і постійний набір команд (по розрядності вони можуть бути 4-, 8-, 16-, 32- і 64-розрядних);

на процесорних елементах (секціоновані або з нарощуваний розрядністю), в яких розрядність і система команд може змінюватися і визначатися в процесі розробки стосовно тієї прикладної області, де буде використовуватися даний МП (з огляду на вузької спеціалізації продуктивність цих систем може бути дуже високою).

Найбільшого поширення в даний час отримали однокристальних МП.

Архітектура МП повторює ті напрацювання, які застосовувалися ще в суперкомп'ютерах, і про яку на той час не було прийнято говорити в середовищі користувачів, далеких від цих проблем. Основні напрямки в розвитку архітектури наступні:

спеціалізація процесорів, багатофункціональна, потокова обробка (поява сопроцессоров, графічних процесорів і т. п., вбудованих в кристал МП);

розшарування пам'яті і поява вбудованої кеш-пам'яті;

паралельна обробка (як тимчасове, так і просторове розпаралелювання);

конвеєрна обробка (на рівні мікрокоду);

апаратна реалізація найбільш поширених команд;

реалізація можливості роботи в багатопроцесорних системах.

Можна виділити два основних типи архітектури (поступово зближуються), на базі яких розробляються два типи МП, що мають різні напрямки використання: CISC і RISC.

CISC (Complex Instruction Set Computing) - архітектура з повним набором машинних команд; лідером в розробці таких МП є фірма Intel, хоча основоположником цієї архітектури можна вважати фірму IBM з її базової архітектурою IBM 360, що використовується з 1964 р

RISC (Reduced Instruction Set Computing), або архітектура зі спрощеним набором команд, використовується для потужних робочих станцій, серверів і суперсерверов. Ця архітектура йде корінням до комп'ютерів фірми CDC за участю в розробці Сеймура Крея. Стосовно до мікропроцесорах ці розробки пов'язують з науковими центрами в Берклі і Стенфорді, фірмою IBM і з ім'ям Девіда Паттерсона. Хоча слід зазначити, що в розробленому в СРСР суперкомп'ютері «Ельбрус» використовувалися ідеї RISC-архітектури набагато раніше.

В основі RISC-архітектури лежить встановлене розробниками правило «80 - 20», яке свідчить, що 80% інструкцій процесора (традиційної CISC-архітектури) використовується програмами лише 20% часу, в той час як на 20% відносно простих команд припадає левова частка роботи - 80%. Таким чином, більша частина інструкцій, займаючи значну частину кристала, використовується вкрай неефективно.

Основні принципи RISC-архітектури такі:

спрощений і фіксований набір команд з апаратною реалізацією виконання замість мікропрограмного;

уявлення складних команд у вигляді набору найпростіших, виконання їх (по можливості) за один цикл при використанні конвеєрної обробки;

інструкції мікропроцесора оперують з даними, що зберігаються тільки у внутрішніх регістрах, для завантаження даних з оперативної пам'яті і вивантаження результатів обчислень з регістрів передбачені спеціальні команди, які виконуються окремими функціональними блоками мікропроцесора (тобто немає втрат часу на пошук і завантаження даних і команд);

склад інструкцій мікропроцесора оптимізований для мов високого рівня (наприклад, С).

Все це створює підвищену надійність, технологічність, економічність і можливість підвищення продуктивності (в 2 - 4 рази).

За останній час переважна кількість RISC-процесорів стали суперскалярного, Тобто на декількох конвеєрах в кожному такті обробляється кілька інструкцій і видається кілька результатів. Завдання розпаралелювання вирішується на системному рівні, не зачіпаючи роботу прикладних програмістів. В одному з варіантів це вирішується на апаратному рівні (Alpha-процесор фірми DEC), і вдається виконати до чотирьох інструкцій одночасно. Інший варіант пов'язаний з так званої VLIW-архітектурою (Very Long Instruction Word), де роботу по распараллеливанию здійснює транслятор. При обробці такого типу три або більше команди (на рівні трансляції) об'єднуються в одне слово. Потім обрані команди обробляються одночасно. При цьому порядок виконання команд повинен контролюватися самим ретельним чином (за цим стежить транслятор). У процесорах такого типу може виконуватися до 10 і більше команд одночасно. Деяким удосконаленням цього підходу є EPIC-архітектура (Explicitly Parallel Instruction Computing - обчислення з явним паралелізмом команд). Розвиток цих двох типів архітектури (CISC і RISC) призвело до їх зближення. Всі сучасні CISC-процесори мають внутрішню RISC-архітектуру. У той же час набір команд в деяких RISC-процесорах може перевищувати кількість команд в CISC.

МП дуже часто класифікують і за технологією, при цьому розвиток технології ув'язується з мінімальними відстанями між окремими схемними елементами всередині кристала, вимірюваними в частках мікрометра (мкм). Зменшення розмірів формуються на напівпровідниковому кристалі елементів призводить до зростання продуктивності (за рахунок більш високих частот) і можливого ступеня інтеграції, а також зниження споживаної потужності (через зменшення напруги живлення) та вартості (через зменшення розмірів кристала на одній пластині формується більше кількість процесорів). В кінці 90-х років стандартної стала технологія з 0,25 мкм, яка забезпечує тактові частоти 400 - 600 МГц, перехід на технологію 0,18 мкм забезпечує тактові частоти від 600 - 800 МГц і вище. У 2001 - 2002 рр. перехід на технологію 0,13 мкм забезпечить тактові частоти вище 1 ГГц.

Лідером в розробці CISC-процесорів вважається компанія Intel зі своєю серією процесорів Х 86, що є основою найпоширеніших в світі ПК. До 2000 р Intel випустив шість поколінь процесорів цієї серії. Наведемо короткі характеристики цієї серії без детальних характеристик моделей всередині серії.

C 2000 р Intel перейшов на нову архітектуру - процесори сьомого покоління - Pentium 4 з початкової тактовою частотою 1,3 - 1,5 ГГц, яка до 2005 р перевищила 3 ??ГГц з техпроцесом менше 0,1 мкм, ступінь інтеграції 42 млн.

Останні процесори х86 архітектури перестали бути CISC, але і RISC в повному розумінні не стали (подібний перехід не забезпечить збереження зворотної сумісності з існуючим програмним забезпеченням), тому їх можна класифікувати як псевдо RISC.

При розробці своїх МП Intel велике значення надає мультимедійних додатків. Останні версії процесорів п'ятого покоління (Р5) позначалися як ММХ (Multi Media Extention) і включали п'ятдесят сім інструкцій для виконання операцій цілочисельний арифметики в режимі SIMD із застосуванням конвеєрної обробки на рівні микрокода. Оскільки тривимірна графіка вимагає швидкої арифметики з плаваючою точкою в процесорах 6-го покоління (Р6) були включені 70 інструкцій в режимі SIMD для арифметики з плаваючою точкою, а процесори 7-го покоління Pentium 4 уже мали 144 подібних інструкцій. Назви цього напрямку в розробці МП також змінювалися ММХ > ММХ2 > KNI > SSE1 > SSE2 (SSE-SIMD Stream Eхtention).

До складу останніх процесорів х86 включений генератор істинно випадкових чисел, який дуже важливий у великій кількості додатків.

У зв'язку із зростанням продуктивності і внутрішньої частоти МП наростає відставання частоти зовнішньої шини процесора FSB (Front Side Bus), до якої підключається ОП і зовнішній кеш, в процесорах 7-го покоління передбачена розміщена в кристалі шина ВSB (Back Side Bus), що забезпечує роботу вбудованого в кристалі кеша першого рівня на внутрішній частоті процесора. Перспектива розвитку технології МП Intel за прогнозом фірми на 2015 р наступна:

досягти 0,01 мкм по техпроцесу;

досягти продуктивності процесора 1 трлн оп / с (продуктивність МП-Р6 - 2 млрд оп / с);

забезпечити ступінь інтеграції 2 млрд транзисторів на кристал;

досягти тактової частоти 30 ГГц.

Конструктивно процесори в залежності від класу комп'ютера випускаються в двох варіантах:

Slot - Модульної конструкції з дискретними (зовнішніми, вбудованими в кристал) схемами (друкована плата з крайовими роз'ємами);

Socket, Тобто з інтегрованою в кристал кеш-пам'яті другого рівня (процесор, вставлений у відповідний роз'єм на друкованій платі).

Всі останні процесори фірми Intel мають внутрішню RISC-архітектуру. Що стосується інших фірм-виробників CISC-процесорів для ПК, то з певного моменту часу вони відмовилися oт власних оригінальних розробок, не витримавши конкуренції з фірмою Intel. Такі фірми, як AMD, Cyrix, UMC, Texas Instruments виробляють аналоги процесорів фірми Intel, які іноді перевершують оригінали за певними параметрами. RISC-процесори застосовуються, головним чином, для потужних робочих станцій, серверів і суперсерверов, а також для виробництва суперкомп'ютерів. Проводять ці процесори фірми - традиційні виробники комп'ютерів: IBM, HP, Sun і ін.

RISC-процесори цих фірм застосовуються для серверів середнього і вищого рівнів, а також для суперкомп'ютерів. Серед особливостей цих МП слід зазначити розвинену ієрархію кеш-пам'яті. У сучасних серверних системах кількість рівнів кеш-пам'яті може доходити до чотирьох, хоча найбільш часто використовується трирівнева схема. При цьому всі три рівні можуть розташовуватися всередині кристалу (МП). Перший рівень кеш часто розділяється на кеш-команд (I-Cach) і кеш-даних (D-Cach). Друга характерна особливість цих МП - здатність роботи в багатопроцесорних системах різної топології. Ці системи забезпечують найбільш ефективне масштабування по продуктивності, дозволяють мінімізувати дублювання допоміжних систем машини (на відміну від кластерів - Контролерів вводу-виводу, дискових масивів і т.п.), дають максимальну питому продуктивність при перерахунку на один ЦП.

Трансп'ютерів - Незвичайний вид RISC-процесорів. Слово «трансп'ютер» - синтез двох слів: транзистор + комп'ютер. Транспьютер розрахований на роботу в мультипроцесорних системах з однотипними процесорами і апаратною підтримкою обчислювальних процесів. Особливістю транспьютеров є наявність комунікаційних, швидких каналів зв'язку (чотирьох на кожну схему), при цьому кожен канал може одночасно передавати дані по одній магістралі в МП, а по інший - з нього.

Однак у зв'язку з розробкою МП RISC, здатних працювати в багатопроцесорних системах, появою багатоядерних МП і кластерних систем актуальність в транспьютерах відпала.

Сучасний стан і тенденції в розвитку МП (в тому числі і МП серії х86) визначаються темпами розвитку технології. Як вказують представники фірми Intel (лідера виробництва МП) закон Мура буде діяти ще, як мінімум, 10 років. За цей час (з початку 2008 року) компанія освоїть технологічні порти 32, 24, 15 і навіть 10 нм, що дозволить значно підвищити ступінь інтеграції 1 млрд транзисторів на кристал. Розмови про те, що ж робити з такою величезною кількістю транзисторів в кристалі (тобто про архітектуру МП), схоже, прийшли до свого природного логічного завершення. Буде продовжена тенденція, пов'язана з подальшим розвитком функціональних можливостей МП, що почалася з появи перших МП фірми Intel, що встановлюються в ПК IBM.

Включення до складу МП апаратно-реалізованої арифметики (сопроцессоров), кеш-пам'яті (спочатку першого рівня, а потім і наступних), контролерів ОП шини BSB і т.п. завершилося створенням так званих багатоядерних процесорів. Практично це означає розміщення в одному кристалі декількох процесорів, що мають ряд загальних функціональних блоків з подальшим переходом на повноцінні багатопроцесорні системи (однокристальних). Мабуть з цим пов'язана зміна в назві нової серії процесорів Intel в 2006 році (наступних за Pentium - 4) Core (ядро). Одним з останніх (представлених фірмою в 2008 році) процесорів МП Core Extreme QX9770 (3,2 ГГц, технологія 45 нм, вартість 35000 рублів) має чотири ядра, а точніше пару двоядерних процесора.

Однак подальше і значне збільшення кількості процесорних ядер, яке планується поруч фірм (особливо виробниками серверів), мабуть, призведе до серйозних проблем у розробників програмного забезпечення. Якщо сучасні ОС подолали паралельну обробку для невеликої кількості процесорних ядер, проте їх значне збільшення створює серйозні труднощі в цій галузі.

Лідером у впровадженні подібних систем є розробники МП для серверів. Так, фірма Sun Microsystem для свого процесора останнього покоління Rock, що включає чотири процесорних ядра в кожному рапортувала про запуск своєї десятої версії ОС Solaris 10, адаптованої під Rock. Масове впровадження подібних розробок для звичайних ПК, як завжди, відбудеться майбутньому і зажадає значних зусиль розробників Попков.


Таблиця 2.1

Еволюція розвитку процесів х86 фірми Intel

 Рік випуску  Тип МП  Розрядність шин  Еволюція частоти, МГц  Еволюція продуктивності щодо попереднього покоління  сопроцессор  кеш  технологія МКМ  Ступінь інтеграції мільйонів транзисторів  Примітка
 адреса  дані
 4,77 - 8 -  зовнішній - -  0,029  
 -286  8, 16  10 - 25  1,6 - 2,5  зовнішній - -  0,13  Захищений режим, апаратна підтримка, багатозадачність
 -386  8, 16, 32  16 - 40  1,5 - 2,5  зовнішній  зовнішній -  0,225  
 -486  8, 16, 32  33 - 133  2,4 - 4  внутрішній  внутрішній  1,22  
 -586  8, 16, 32  60 - 233  2 - 3,5  внутрішній  внутрішній  0,8 - 0,25  Pentium - P5
 -686  8, 16, 32  233 - 1400  1,3 - 4  внутрішній  Внутрішній + зовнішній  0,5 - 0,13  07, сен.  Pentium - ProPentium 2,3 - P6




 МЕДИЧНІ ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНІ СИСТЕМИ |  Глава 3. Мережі комп'ютерів і засоби |  Глава 6. Організація програмного забезпечення |  ОСНОВНІ СКОРОЧЕННЯ |  Вступ |  Структура сучасних систем обробки даних |  І коротка характеристика його складових частин |  І їх різновиди |  периферійних пристроїв |  Робочі станції, сервери і суперсервери |

© 2016-2022  um.co.ua - учбові матеріали та реферати