Основные проблемы создания многоядерных процессоров

 

Перечислим основные проблемы создания многоядерных процессоров:

•Каждое ядро процессора должно быть независимым, - с независимым энергопотреблением и управляемой мощностью;

•Рынок программного обеспечения должен быть обеспечен программами, способными эффективно разбивать алгоритм ветвления команд на четное (для процессоров с нечетным количеством ядер) количество потоков.

Преимущества многоядерных процессоров

 

Рассмотри преимущества многоядерных процессоров:

•Возможность распределять работу программ, например, основных задач приложений и фоновых задач операционной системы, по нескольким ядрам;

•Увеличение скорости работы программ;

•Процессы, требующие интенсивных вычислений, протекают намного быстрее;

•Более эффективное использование требовательных к вычислительным ресурсам мультимедийных приложений;

•Снижение энергопотребления;

•Работа пользователя ПК становится более комфортной.

Недостатки многоядерных процессоров

 

Возросшая себестоимость производства многоядерных процессоров заставляет чипмейкеров увеличивать их стоимость, а это отчасти сдерживает спрос. Так как с оперативной памятью одновременно работают сразу два и более ядра, необходимо «научить» их работать без конфликтов. Возросшее энергопотребление требует применения мощных схем питания. Требуется более мощная система охлаждения. Количество оптимизированного под многоядерность программного обеспечения ничтожно. Операционные системы, поддерживающие многоядерные процессоры используют вычислительные ресурсы дополнительных ядер для собственных системных нужд.

Следует признать, что в настоящее время многоядерные процессоры используются крайне неэффективно. Кроме того, на практике n-ядерные процессоры не производят вычисления в n раз быстрее одноядерных: хотя прирост быстродействия и оказывается значительным, но при этом он во многом зависит от типа приложения.

У программ, которые не рассчитаны на работу с многоядерными процессорами, быстродействие увеличивается всего на 5%. А вот оптимизированные под многоядерные процессоры программы работают быстрее уже на 50%.

Лидеры процессоростроения, компании Intel и AMD, считают, что будущее за параллельными вычислениями и продолжают последовательно наращивать количество ядер в процессорах.

Появление многоядерных процессоров стимулирует появление операционных систем и прикладного программного обеспечения, поддерживающего многоядерность.

По сообщению пресс-службы AMD, на сегодня рынок 4-ядерных процессоров составляет не более 2% от общего объема. Очевидно, что для современного покупателя приобретение 4-ядерного процессора для домашних нужд пока почти не имеет смысла по многим причинам. Во-первых, на сегодня практически нет программ, способных эффективно использовать преимущества 4-х одновременно работающих потоков; во-вторых, производители ПК позиционируют 4-ядерные процессоры, как Hi-End-решения, добавляя к оснастке ПК самые современные видеокарты и объемные жесткие диски, - а это в конечном счете еще больше увеличивает стоимость и без того недешевых ПК

Разработчики Intel говорят: «…в процессе развития количество ядер будет становиться всё больше и больше…».

 

Глава 2. Проектирование микропроцессорной системы на базе процессора Intel 8080.

Описание Intel 8080

 

Intel 8080 - 8-битный микропроцессор, выпущенный компанией Intel <http://ru.wikipedia.org/wiki/Intel> в апреле 1974 года. Представляет собой усовершенствованную версию процессора Intel 8008. По заверениям Intel, этот процессор обеспечивал десятикратный прирост производительности по сравнению с микропроцессором Intel 8008.

Новый процессор выпускался по новейшей тогда 6-микронной NMOS технологии, что позволило разместить на кристалле 6000транзисторов. Процессор, хотя и был построен на архитектуре Intel 8008, но имел множество отличий от своего предшественника, благодаря которым и получил большую популярность. В новом процессоре по сравнению с предшественником была очень развита система команд: 16 команд передачи данных, 31 команда для их обработки, 28 команд для перехода (с прямой адресацией), 5 команд управления. В микропроцессоре Intel 8080 не было команд умножения и деления, и обычно их реализовывали с помощью подпрограмм, хотя Intel предлагала и внешний сопроцессор. Благодаря 16-разрядной адресной шине процессор позволял производить адресацию 64 Кбайт памяти, которая не разделялась на память команд и данных. Хотя процессор и был 8-разрядным и содержал семь 8-битных регистров (A, B, C, D, E, H, L), он имел ограниченные возможности обработки 16-разрядных чисел, для чего регистры объединялись в пары BC, DE, HL. В новом процессоре использовался стек во внешней памяти (в Intel 8008 он был внутренним).

Существует небольшая путаница в обозначениях именно этого процессора. Первоначальный вариант i8080 имел 48-выводный планарный корпус с шагом выводов 1/20 дюйма, максимальную тактовую частоту 2 МГц и одну довольно серьёзную ошибку, которая теоретически могла привести процессор в состояние, из которого он выводился только сигналом reset. Улучшенный вариант 8080А, выпущенный через полгода, имел корпус DIP-40 с шагом выводов 1/10 дюйма, максимальную тактовую частоту 2,5 МГц и эта ошибка в нём была исправлена.

Большинство авторов, используя обозначение 8080, имеют в виду в действительности 8080А.

На базе микропроцессора Intel 8080 фирмой MITS был выпущен «первый в мире миникомпьютерный комплект, который может соперничать с промышленными образцами» (персональный компьютер) Altair-8800, который пользовался невероятно большой по тем временам популярностью (MITS не успевала даже вовремя обрабатывать заказы).

Помимо Altair-8800, микропроцессор Intel 8080 также применялся в устройствах управления уличным освещением и светофорами, а также в другом оборудовании.