27. Центральный процессор вс.

Центральный процессор (ЦП, central processing unit, CPU) - это часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера, отвечающая за выполнение операций, за­данных программами. Другими словами, центральный процессор – это физическое проявление математики, заключенной внутри него.

Историю развития центрального процессора практически не­возможно отделить от истории компаний-производителей данного оборудования. И каждая компания старается «пригладить» неудоб­ные для себя факты. Соответственно, получить взвешенную незави­симую оценку фактов практически невозможно.

С точки зрения компании Intel: «чем больше транзисторов в чипе ЦП – тем выше его производительность». На практике же неодно­кратно был доказан тот факт, что уровень потенциальной производи­тельности редко совпадает с производительностью реальных уст­ройств. При этом массовый пользователь ориентируется на устрой­ства с высоким уровнем соотношения «качество-цена».

Производителям приходится задействовать дополнительные приемы по увеличению производительности реальных процессоров, то есть приближению их характеристик к значению потенциально возможной производительности.

К числу таких приемов можно отнести:

• увеличение длины конвейера обработки команд процессора;

• подбор размера и структуры иерархии кэш-памяти процессора;

• увеличение внутренней частоты работы процессора, то есть увеличение максимального числа операций в секунду при том же на­боре оборудования, и другие.

У каждого из приемов есть отрицательные стороны, поэтому баланс параметров выбрать достаточно тяжело и ошибки у произво­дителей встречаются не так уж и редко.

Большинство пользователей работают с вычислительными сис­темами на базе процессоров x86 или совместимых с ними, выпускае­мых компаниями Intel, AMD, VIA, Transmeta, WinChip и многих дру­гих. x86 - это CISC-архитектура. Доступ к памяти происходит по «словам». «Слова» размещаются по принципу little-endian. Совмес­тимые процессоры включают в себя декодеры команд x86 для преоб­разования их в упрощённый внутренний формат с последующим их выполнением, тем самым они являются RISC и CISC одновременно.

Среди режимов работы, которые стандартизированы для опти­мизации и ускорения вычислительного процесса, можно выделить:

PAE (Physical Address Extension) - расширение адресов физической памяти до 36 бит (возможность адресации 64 Гбайт ОЗУ);

MMX (Multi-Media extensions) - дополнительный «мультимедийный» набор инструк­ций, выполняющих по несколько характерных для процессов кодирования/декодирования потоковых аудио/видеоданных действий за одну машинную инструкцию. Обеспечивает только целочисленные вычисления;

SSE (Streaming SIMD Extensions – потоковое SIMD-расширение) - это SIMD (Single Instruction, Multiple Data) набор инструкций, разработанный Intel и впервые представленный в процессорах серии Pentium III. Поддерживает вычисления с плавающей точкой;

3DNow! - набор инструкций для потоковой обработки вещественных чисел одинар­ной точности. Поддерживается процессорами AMD начиная с K6-2. Процессорами Intel не поддерживается. Инструкции 3DNow! используют регистры MMX в качестве операндов (в один регистр помещается два числа одинарной точности), поэтому, в отличие от SSE, при переключении задач не требуется отдельно сохранять контекст 3DNow!;

SSE2 - производит потоковые вычисления с вещественными числами двойной точно­сти (2 числа в одном регистре SSE). Кроме того, добавлены инструкции, аналогичные рас­ширению MMX, работающие с регистрами SSE (16 байт, 8 слов, 4 двойных слова или 2 учетверённых слова в одном регистре);

SSE3 и SSSE3 - продолжение SSE2. Дополнение для работы с упакованными целыми числами;

SSE4 - узкоспециализированное расширений для процессоров серии Penryn;

SSE5 - ускоряет однопоточные вычисления благодаря увеличению «плотности» обра­батываемых данных. Основные задачи - расчётные, мультимедиа и шифрование.