Увеличение производительности МП

Наличие нескольких ядер. Большинство современных процессоров являются двухъядерными (Dual Core). Это значит, что в одной микросхеме, по сути, находятся сразу два процессора. Уже появились модели, которые состоят из четырех ядер (Quad Core), например, Intel Core 2 Quad и AMD Phenom X4. В будущем количество ядер в процессорах будет только возрастать, потому как увеличивать их число проще, чем постоянно поднимать тактовую частоту.

Увеличение объема кэш-памяти. Данные, с которыми работает процессор, и команды для их обработки помещаются в оперативной памяти, но помимо нее, в сам ЦП встроена кэш-память (cache), доступ к которой осуществляется гораздо быстрее. В кэш помещаются наиболее часто используемые процессором данные и куски программного кода. Чем больше объем кэш-памяти, тем выше скорость работы процессора на реальных задачах (при этом прирост производительности сильно зависит от самой задачи). Вся кэш-память делится на два уровня. К первому уровню процессор получает доступ быстрее, поэтому в нем содержится самая нужная информация. В кэш второго уровня попадают менее «ходовые» данные. Объем первого уровня невелик и у нынешних ЦП различается не столь сильно, поэтому является менее показательной характеристикой. А кэш-память второго уровня увеличивается ударными темпами: у современных двухъядерных процессоров она может иметь объем до 6 Мб, а у четырехъядерных - до 12 Мб.

Увеличение тактовой частоты фронтальной шины. Обмен данными современных процессоров с оперативной памятью происходит через канал, называемый фронтальной шиной (Front Side Bus – FSB). Чем выше ее тактовая частота, тем быстрее происходит передача данных. Первые процессоры Pentium 4 c шиной 400 МГц могли сообщаться с памятью на скорости 3,2 Гб в секунду. Пропускная способность современных процессоров Core 2 Duo и Core 2 Quad с шиной 1333 МГц достигает 10,6 Гб в секунду.

Все вышеперечисленные достижения стали возможными благодаря постоянно развивающимся технологиям производства микропроцессоров. Последние модели четырехъядерных ЦП Intel содержат 820 (!) млн транзисторов. Для того чтобы уместить такое огромное количество элементов на площади, равной паре квадратных сантиметров, нужно уменьшить их до микроскопических размеров. Попутно уменьшается количество выделяемого тепла, и становится возможной работа на более высоких частотах. Размер транзистора передовых современных ЦП составляет всего 45 нанометров (для сравнения: толщина человеческого волоса равна 10 000 нанометров). В 2009 году производство процессоров перешло уже на 32-нанометровую технологию.

 

ПРАКТИКА к уроку 2

Задание 1.

По данным из таблицы, а также используя ресурсы Интернет и дополнительные конспекты «Словарь терминов» и «Маркировка процессоров» расшифруйте значения показателей приведенных ниже процессоров:

 

Линейка	Частота МП, Ггц	Энергопотребление (тепловыделение), Вт	Техпроцесс, нм	Количество ядер	КЭШ L 2, Кб (на все ядра)	Сокет	Коэффициент умножения	Наборы инструкций (поддержка)
AMD Turion 64x2 TL-50
AMD Phenom II X4 Deneb
AMD Turion 64x2 TL-60
Intel Core Duo T2700
Intel Core 2 Duo T7600
Intel Core 2 Duo E8200

 

Задание 2.

Расшифруйте следующие показатели процессора:

Intel Core 2 Duo Mobile T5500 Merom (1667MHz, S479, L2 2048Kb, 667MHz)

Задание 3.

Вычислите частоту шины данных, если известно, что:

Тактовая частота процессора, МГц	Коэффициент умножения	Частота шины данных, МГц
1904,64	3,57
1771,52	2,8
2181,12	2,05
1710,08	2,56

 

УРОК 3. Внутренняя память ПК

 

Память ПК бывает внутренняя и внешняя.

Микросхемы внутренней памяти расположены на материнской плате.

 

Состав внутренней памяти:

• оперативная,
• постоянная
• кэш.

Оперативная память

Оперативная память (RAM - Random Access Memory) - память с произвольным доступом. Состоит из отдельных ячеек. Каждая ячейка имеет свой адрес, по которому в любой момент времени к ней может обратиться МП.

Основной элемент, из которого состоит ОП - конденсатор.

Характеристики ОП:

• хранит работающие в данный момент времени программы и данные к ним.
• энергозависима, т.е. при выключении питания компьютера вся информация из ОП стирается.
• характеризуется высоким быстродействием и относительно малым объемом.
• Объем оперативной памяти влияет на быстродействие компьютера. Современные ПК должны иметь память не менее 1024 Мбайт.

 

ОП состоит из 3 блоков:

• стандартная память (до 640 Кбайта) - хранит постоянно находящиеся в памяти программы и программы пользователя;
• верхняя (стандартная) (640 Кбайт - 1 Мбайт) - включает видеопамять,
• расширенная память (свыше 1 Мбайта) - операционная система загружает туда резидентные программы.Она может использоваться для создания виртуального диска или КЭШ-области.

Постоянная память

Постоянная память (ROM - Read Only Memory) - память только для чтения. Хранит информацию, записанную на заводе-изготовителе: системные программы, которые автоматически запускаются при включении компьютера. Они проверяют наличие клавиатуры, тестирую оперативную память и загружают ОС.

Характеристики ПП:

• компьютер может читать и исполнять программы из ПП, но изменить ее содержимое он не может.
• микросхемы ПП энергонезависимы, т.е. выключение питания не приводит к потере данных.

 

Существует две разновидности постоянной памяти:

• однократно программируемая (нельзя изменить содержимое памяти вообще);
• многократно программируемая - с помощью специальных устройств (программаторов) можно записать новое содержимое ПП. Перезапись содержимого такой памяти производится электрическим сигналом или ультрафиолетовым лучом

КЭШ - память

Т.к. скорость работы процессора выше, чем скорость работы ОП, для согласования их работы используется принцип кэшировования (кэш-буфер): наиболее часто используемые данные записываются в кэш-память, которая работает быстрее, чем оперативная.