Компютрите

отвън и отвътре

©Христо Тужаров, 2007

КЛАСИФИКАЦИЯ НА ПРОЦЕСОРИТЕ

 

[Home] [Карта на книгата] [Асеневци] [Инфопедия] [За проекта] [Начало на книгата]

ПРОЦЕСОР

СЪЩНОСТ НА ПРОЦЕСОРА

ФУНКЦИОНАЛНА БЛОК СХЕМА НА ПРОЦЕСОРА

ПРОИЗВОДИТЕЛНОСТ НА ПРОЦЕСОРА

КЛАСИФИКАЦИЯ НА ПРОЦЕСОРИТЕ

 

 

класификация на процесорите

 

Класификация на процесорите според предназначението

 

         Централен процесор (ЦП) - главен компонент на компютъра, управляващ работата на другите компоненти и реализиращ приложния процес.

 

        Копроцесор - допълва възможностите на централния процесор. Той реализира скоростна аритметика с плаваща запетая, изчисляване на тригонометрически функции. Централния процесор може да  има няколко копроцесора.

 

         Матричен процесор - служи за обработка на числови масиви(примерно матрици). Архитектурата на процесора включва  матрица от еднакви процесорни елементи(примерно  64х64), работещи едновременно.

 

          Постпроцесор - за реализация на някои специални функции например, управление  на база данни.

 

          Векторен процесор - осигурява паралелно изпълнение на операции с масиви от данни, вектори. Той се характеризира със специална архитектура, базирана на група паралелно работещи процесорни елементи. Предназначен е за обработка на изображения, матрици и масиви от данни.

 

         Периферен процесор - управлява външните устройства. Работи с нестандартен набор команди, зависещ от устройствата с които работи.

 

        Комуникационен процесор - осигурява форматирането, предварителната обработка и предаването на данни.

 

Класификация на процесорите според използваните команди

Различните процесори, използват различен набор инструкции.

 

В съвременните компютри се използват няколко основни архитектури за набори команди.

 

            CISC Complex Instruction Set Command (сложен набор команди)

Те имат класическа архитектура, характеризираща се с голям набор команди. Благодарение на това, процесорите  изпълняват разнообразни задачи по обработката на данни.

 

Основни характеристики:

  • Сравнително малък брой регистри с общо предназначение;

  • Голямо количество машинни команди, изпълнявани за много тактове;

  • Голямо количество методи за адресация;

  • Голямо количество формати за команди с различна дължина, като преобладава двуадресен формат на командите

  • Наличие на команди за  обработка от типа регистър-памет.

 

            RISC Reduced Instruction Set Command (съкратен набор бързо изпълнявани команди).

Опростена архитектура с оптимизиран набор от машинни инструкции, което означава че наборът включва само онези елементарни операции, изпълними от хардуера с максимална бързина и ефективност. Всяка друга по - сложна операция се изпълнява като комбинация на няколко прости инструкции.

 

Първоначално създадени като научен продукт, днес RISC се използват от IВМ, НР, SUN и др. производители  в производството на работни станции и суперкомпютри.

 

Основни характеристики:

  • Имат не по-вече от 128 бързо изпълняващи се команди, извършващи елементарни операции. Когато е необходимо да се извърши по сложно действие, то се описва със сравнително голям брой от тези елементарни операции, но в общия случай те се изпълняват по бързо от съответните CISC инструкции.

  • Инструкциите са с фиксиран формат.

  • Всяка инструкция се изпълнява за един процесорен такт, което позволява да се предсказват по-точно преходите в  програмите и да се изпълняват повече от една инструкция за такт.

  • Инструкциите могат да се изпълняват и конвейерно /докато дадената инструкция се изпълнява, следващата се  разшифрова/.

  • Произвеждат се по лесно, защото в имат по малко транзистори и по-просто организирана вътрешна логика.

 
          MISC (Minimal Instruction Set Computer - минимален набор дълги команди)

        Увеличаването разрядността на процесорите, довежда до идеята за събиране на няколко команди в една дума с размер 128 бита. По този начин процесорът има възможност да изпълнява едновременно няколко команди, съответно няколко потока от данни.

 

MISC, както и процесорите RISC се характеризират с неголя­мо число неголеми, често срещащи се команди.

 

MISC обединява  в едно цяло  супер скаларната (много поточна) и VLIW концепцията.

Компонентите на процесора са прости и работят с високи скорости.

 

            VLIW (Very Long Instruction Word - набор от команди със свръхголяма разрядност)

Идеята се заключава в това, че се създава специален компилатор за планиране, който преди изпълнение на  приложната програма я анализира и по множеството клони от последователности определя групата команди, които могат да се изпълняват последователно. Всяка такава група  образува една свръх дълга команда. Това позволява да се решат две важни задачи:

  • В течение на един такт се изпълняват група кратки ("обикновени") команди.

  • Опростява се  структурата на процесора.

Принципът  на "много дълги команди" осигурява изпълнението на група команди за един цикъл на процесора. Порядъкът на изпълнение на командите са разпределя така, че в максимална степен да се натоварят маршрутите, по които преминават потоците от данни.

 

По това VLIW се отличава от супер скаларната архитектура, при която подбора на групата едновременно изпълнявани команди става едновременно в хода на изпълнение на приложната програма, което усложнява структурата на процесора и забавя скоростта на работата му.

 

Технологията VLIW е резултат от изследванията на корпорациите HP и Intel.

 

Класификация на процесорите според броя ядра

 

          Едноядрени процесори

         Използват стандартна (фон Нейман) и векторна архитектура. Процесорите са с едно ядро, което ползва ресурсите на компютъра без ограничения.

 

            Многоядрени процесори

Използват многопроцесорна архитектура. По принцип е възможно реализирането им  с всяка една от архитектурите:

  • Симетрична многопроцесорна работа /SMP/;

  • Масивна паралелна работа /МРР/;

  • Мащабируема паралелна работа /SPP.

На този етап, първите многоядрени процесори се реализират на SMP-система (SMP - Symmetrical MultiProcessing, симетрична многопроцесорност). Терминът, обозначава система, в която п-броя процесори на равни основания разделят системните ресурси и на първо място оперативната памет. Концептуално тя по нищо не се отличава от обикновена двупроцесорна система. Налице са преимуществата на двупроцесорните системи без използване на скъпоструващи дънни платки.

 

Класификация на процесорите според вградената кеш памет

Пречка за повишаване производителността на процесора е ниската скорост на обмен на данни с оперативната памет. За да се намали времето на достъп във високопроизводителните процесори се  вграждат кеш памети.

           

            Една кеш памет

В процесора е вградена кеш памет L1, в която се използва така наречената Харвардска архитектура на кеш паметта , при която тя се разделя на две части - за инструкции и за данни.

 

           Много кеш памети

Разполагането на кеш памет извън кристала изисква определени компромиси  и води до намаляване на производителността.

 

В съвременните процесори кеш L2, а вече и кеш L3 се вградени в корпуса на процесора. Това дава възможност за реализиране на по ефективна обработка на данните, особено при многопроцесорни системи.