os2016-24-03-dist
.pdf
Процессы (а также их надсистемы и подсистемы)
Большие задачи
Параллелизм и параллельное программирование
Аппаратная поддержка процессов
Процессы: определение, разновидности, состояния, многопоточность
Модели функционирования процессов
Планирование и диспетчеризация процессов
21
Параллелизм в архитектурных |
|
||||||
платформах |
|
|
|
|
|
|
|
1000000 |
|
|
Multi-Threaded, Multi-Core, |
|
|||
|
|
|
|
||||
100000 |
|
|
|
Tera-Scale Computing |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
10000 |
|
|
Multi Threaded |
|
Эра распарал- |
||
|
|
|
|
|
|||
|
|
Speculative, OOO |
|
||||
1000 |
|
|
леливания |
|
|||
|
|
|
|
|
на уровне |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
Super Scalar |
|
|
|
потоков и |
|
|
|
|
|
кристалла |
|
||
|
|
486 |
|
|
|
|
|
10 |
|
|
Эра |
|
процессора |
|
|
|
386 |
|
|
|
|
||
1 |
8086 |
286 |
|
распарал- |
|
Специальные |
|
Эра |
|
леливания |
|||||
|
аппаратные |
|
|||||
|
|
конвейерной |
на уровне |
|
|
||
0,1 |
|
|
компоненты |
|
|||
|
архитектуры |
команд |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|||
0,01 |
|
|
|
|
|
|
|
1970 |
|
1980 |
1990 |
2000 |
2010 |
||
|
|
|
|
|
|
|
22 |
Развитие линейки решений
45nm |
32nm |
22nm |
|
Potential future options, subject to change without notice.
ht © 2010 Intel Corporation. All rights reserved.
brands and names are the property of their respective owners
Фон Неймановская модель компьютера
•Разделение программируемой вычислительной машины на компоненты:
•Центральный обрабатывающий блок (Central Processing Unit, CPU)
•блок управления (Control Unit ) (декодирование инструкций, порядок операций)
•тракт данных (Datapath) (регистры, арифметико-логическое устройство, шины)
•Память: Хранение инструкций и их операндов
•Подсистема ввода/вывода (Input/Output, I/O sub-system):
шина I/O, интерфейсы, устройства
•Концепция хранения программ: Инструкции из набора команд выбираются из общей памяти и
исполняются последовательно
|
Архитектура Intel от i386 до Xeon Phi: |
|
Нижний Новгород 2014 |
процессоры, производительность, |
24 из 66 |
|
энергопотребление |
|
Фон Неймановская модель компьютера |
|||
Компьютерная |
CPU |
I/O Devices |
|
система |
Control |
|
|
|
|
||
Memory |
Datapath |
Input |
|
(instructions, |
Registers, |
|
|
ALU, buses |
|
||
|
|
||
data) |
Главное ограничение |
|
|
|
|
||
Одно из ограничений |
производительности CPU: фон- |
Output |
|
Неймановская модель вычислений |
|||
производительности: общая |
|
||
подразумевает последовательное |
|
||
память команд и данных |
|
||
исполнение инструкций по одной |
|
||
|
|
||
(потенциальное «узкое место») |
|
||
Процессор - программируемый вычислительный элемент, выполняющий программы, написанные с использованием предопределенного набора инструкций.
|
Архитектура Intel от i386 до Xeon Phi: |
|
Нижний Новгород 2014 |
процессоры, производительность, |
25 из 66 |
|
энергопотребление |
|
Шаги обработки инструкций в CPU
Выборка
инструкции
Декодирование
инструкции
Выборка операндов
Исполнение
Сохранение
результатов
Выбрать инструкцию программы из памяти
Программный счетчик (Program Counter, PC / Instruction Pointer, IP)
указывает на следующую для обработки инструкцию
Определить требуемые действия и размер инструкции
Найти и получить данные операндов
Вычислить значение результата или статус
Записать результаты в запоминающее устройство для последующего использования
Главное ограничение производительности CPU: фон-Неймановская модель вычислений подразумевает последовательное исполнение инструкций по одной
|
Архитектура Intel от i386 до Xeon Phi: |
|
Нижний Новгород 2014 |
процессоры, производительность, |
26 из 66 |
|
энергопотребление |
|
Intel 4004
Первый в
|
|
мире |
|
|
процессор |
|
|
общего |
|
|
назначения |
|
|
1971 г. |
|
|
740 кГц |
|
|
0,06 MIPS |
|
|
2250 |
|
|
транзис- |
|
|
торов |
|
|
12 мм2 |
|
|
10 мкм |
http://ru.wikipedia.org/wiki/Intel_4004 |
|
техпроцесс |
|
|
|
|
Архитектура Intel от i386 до Xeon Phi: |
|
Нижний Новгород 2014 |
процессоры, производительность, |
27 из 66 |
|
энергопотребление |
|
Intel 8008, 8080
•Intel 8008 (1972)
•Первый 8-битный процессор
•Тактовая частота – 500 (800) кГц
•Производительность – 0,05 MIPS
•Количество транзисторов – 3500
•Техпроцесс – 10 мкм
•Поддержка прерываний
•Intel 8080 (1974)
•Тактовая частота – 2 (2.5, 3) МГц
•Производительность – 0,64 MIPS
•Количество транзисторов – 6000
•Техпроцесс – 6 мкм
•Порты ввода/вывода, Stack Pointer
|
Архитектура Intel от i386 до Xeon Phi: |
|
Нижний Новгород 2014 |
процессоры, производительность, |
28 из 66 |
|
энергопотребление |
|
Intel 8086/87
•Intel 8086 (1978)
•Первый процессор архитектуры x86
•Тактовая частота – 4 (10) МГц
•Производительность – 0,33 (0,75) MIPS
•Количество транзисторов – 29 000
•Площадь кристалла – 33 кв.мм
•Техпроцесс – 3 мкм
•Потребляемая мощность – 0,65 Вт
•Тепловыделение – 1,75 Вт
•Intel 8087 (1980)
•Математический сопроцессор
•Производительность – ~50 000 FLOPS
•Количество транзисторов – 45 000
•Техпроцесс – 3 мкм
•Потребляемая мощность – 2,4 Вт
|
Архитектура Intel от i386 до Xeon Phi: |
|
Нижний Новгород 2014 |
процессоры, производительность, |
29 из 66 |
|
энергопотребление |
|
http://faculty.etsu.edu/tarnoff/ntes2150/uproc/arch8088.htm
|
Архитектура Intel от i386 до Xeon Phi: |
|
Нижний Новгород 2014 |
процессоры, производительность, |
30 из 66 |
|
энергопотребление |
|