Серверлі орталық процессордың сәулеті мен өнімділігі

Бүгінгі таңда орталық процессорлар (ОП) - қазіргі компьютерлік техниканың ажыратылмас бөлігі, бірақ бұл ылғи, олай болған емес. Қазіргі ұғымда (мэйнфрейдер) бірінші серверлерде ОП болған жоқ.

Олардың есептеуіштік функциясын жүйелік логиканың арнайы емес жиыны(стандартты микросызбалар мен жартылай өткізгіштік компонеттер) атқарды. Крмпьютерлік технологиялардың дамуы неғұрлым күрделі микросызбаларды жасауға мүмкіндік туғызды, соның ішінде (арнайы) мамандырылғаны-процессорлар.

Алғаш дербес компьютерлер пайда болғанда олардың сатылуы қарқынды жүрді. (1970-1980 ж. ж), серверлік жабдық базары өзгерді: серверлік техниканың сегментінен дербес компьютердің сегментіне технология мен сәулеттің өзара бойлай енуі, және керісінше ОП де бұл процестен қалмады.

Кейбір серверлік үлгілер біршама жаңартылып, дербес компьютерлерде қолданыла бастады, ал ОП көпшілік нарығына жасалғанмен, серверлер мен суперкомпьютерлер нарығына ене бастады.

Бұған себеп- экономикалық фактор: екі не одан көп процессорлық сәулеттердің қатар жасалуы тіпті үлкен фирмаларға ауыр болды, екі екі шешімнің де соңғы бағасы маңызды болды, бұл соңғы өнімнің нарықта бәсекелестігін бәсеңдетті. Серверлер мен суперкомпьютерлерге бағытталған процессорлы сәулет әлі күнге дейін болса да, «әмбебап» процессорлар көп тараған.

ОП-дің жалпы сәулеті ОП-дің функционалды құрылымы

Кез келген ОП арнауына қарамастан түрлі функцоналды құрылғылардан(ФҚ) тұрады: толықсанды есептеуіштік блоктардан (Address, Translation Unit, A-box), жүйелік шинаның тексеруінен (System Bus Controller B-box) бұйрық декодерінен (Instruction Decoding Unit I-box) .

Барлық дерлік қазіргі ОП - де шартты өту бағыттарын алдын-ала айту құралы бар. 1990 жылдардың басынан ОП негізіне заттық есептеу блогын (Floating-Point Unit P-box) тәжірибелеу енгізілді. Бұл дизайнда белгілі аппаратты платформада тура жолды кэш-жадыны қолданады.

ОП-дің командалар жиыны

Процессорларды командалық жағынан екіге бөлеміз: Risc(Reduced Instruction Set Computing, шектелген командалар жиыны арқылы есептеу) ; Cisc(Complex Instruction Set Computing, кеңейтілген командалар жиыны арқылы есептеу ) .

Risc сәулеті Cisc-процессорының кемшіліктерінен арылу мақсатында жасалған. 1970жылы зерттеулер жүргізіліп, бүкіл команданың 20% Cisc-процессорының орындалу кезінде, 80% бүкіл процессорлық уақытта, ал қалғаны 80% командалар - қалған 20%ын алады екен. Бұл жерде тепе-теңдік жоқ -тіпті кейбір командалар іске асырылмайды.

Risc те, Cisc те өз жетістіктері болды. Risc эффектілі параллельділікті қамтамасыз етеді. ФҚ-мен есептеу және үлкен мөлшерде Оп-дің бір тактта орындалған командалары кіреді. Cisc ОП-дің неғұрлым қарқынды жұмысын ойластырып, аз мөлшердегі ФҚ және бірден аспайтын конвейрдің ФҚ-ға есептелуі конвейр мөлшерінің көбеюі өнімділіктің аздығына әкеледі .

VLIW тұжырымдамасы

Risc-тің қызықты түрі - VLIW тұжырымдамасы(Very Long Instruction Word), EPIC атымен белгілі(Explictly Pazallel Instruction Computing) . Оның мәні-примитивті ОП -ақылды компилятор әдісі арқылы қарқынды жүктелген. ОП ФҚ-ның көп мөлшерлі конвейерлерінен тұрады. Олар қатар жұмыс жасайды, ал команданың қарқынды ағым жасалу жұмысының бәрін компилятор жасайды.

ОП-дегі кэш-жады Статикалық және динамикалық жады

Кез келген қазіргі ОП-де біраз мөлшерде статикалық жады қарастырылған. Міндетті түрде статикалық, өйткені динамикалық жадыны қолдану бұл мақсатта дұрыс емес. Статикалық ұяшықтың біреуінде 6 транзистор және 2 резистр бар(0, 5 мкм жобалық нормадағы техпроцесстерде 4 тразистор ғана қолданылды, қосымша поликремнийдің қабатымен) ал динамикалық жады 1 транзистор мен 1 конденсатордан тұрады.

Статикалық жады тез әрекет етеді( динамикалық жадының сыйымдылығы белгіленген дәрежедегі қуат « жиілік төбесін» анықтайды) құрамындағы көптеген элементтерден тұратындығын өнеркәсіпте қымбат және көп энергияны керек етеді. Статикалық жады максималды теңдікті қажет ететін жағдайда керек (ОП регистрлері, кэш-жады, сигналды процессордың локалды жадысы), ал динамикалық- бұл жерде басты көлем, жарғы оқу теңдігі емес(жедел жады, перифериялық құрылғы буферлары) .