Устройство процессора (стр. 3 из 5)

Основная идея кэш-памяти проста: в ней находятся слова, которые чаще всего используются. Если процессору нужно какое-нибудь слово, сначала он обращается к кэш-памяти. Только в том случае, если слова там нет, он обращается к основной памяти. Если значительная часть слов находится в кэш-памяти, среднее время доступа значительно сокращается.

Таким образом, успех или неудача зависит от того, какая часть слов находится в кэш-памяти. Давно известно, что программы не обращаются к памяти наугад. Если программе нужен доступ к адресу А, то скорее всего после этого ей понадобится доступ к адресу, расположенному поблизости от А. Практически все команды обычной программы (за исключением команд перехода и вызова процедур) вызываются из последовательных участков памяти. Кроме того, большую часть времени программа тратит на циклы, когда ограниченный набор команд выполняется снова и снова. Точно так же при манипулировании матрицами программа скорее всего будет обращаться много раз к одной и той же матрице, прежде чем перейдет к чему-либо другому.

То, что при последовательных отсылках к памяти в течение некоторого промежутка времени используется только небольшой ее участок, называется принципом локальности. Этот принцип составляет основу всех систем кэш-памяти. Идея состоит в следующем: когда определенное слово вызывается из памяти, оно вместе с соседними словами переносится в кэш-память, что позволяет при очередном запросе быстро обращаться к следующим словам. Общее устройство процессора, кэш-памяти и основной памяти показано на рис.4. Если слово считывается или записывается k раз, компьютеру понадобится сделать 1 обращение к медленной основной памяти и k-1 обращений к быстрой кэш-памяти. Чем больше k, тем выше общая производительность.

Рис.4 Кэш-память находиться между процессором и основной памятью.

Мы можем сделать более строгие вычисления. Пусть с — время доступа к кэш памяти, m — время доступа к основной памяти и h — коэффициент совпадения, который показывает соотношение числа ссылок к кэш-памяти и общего числа всех ссылок. В нашем примере h=(k-l)/k. Таким образом, мы можем вычислить среднее время доступа:

Среднее время доступа =c+(l-h)m.

Если h—"1 и все обращения делаются только к кэш-памяти, то время доступа стремится к с. С другой стороны, если h—>0 и каждый раз нужно обращаться к основной памяти, то время доступа стремится к с+т: сначала требуется время с для проверки кэш-памяти (в данном случае безуспешной), а затем время m для обращения к основной памяти. В некоторых системах обращение к основной памяти может начинаться параллельно с исследованием кэш-памяти, чтобы в случае неудачного поиска цикл обращения к основной памяти уже начался. Однако эта стратегия требует способности останавливать процесс обращения к основной памяти в случае результативного обращения к кэш-памяти, что делает разработку такого компьютера более сложной.

Основная память и кэш-память делятся на блоки фиксированного размера с учетом принципа локальности. Блоки внутри кэш-памяти обычно называют строками кэш-памяти. Если обращение к кэш-памяти нерезультативно, из основной памяти в кэш-память загружается вся строка, а не только необходимое слово. Например, если строка состоит из 64 байтов, обращение к адресу 260 повлечет за собой загрузку в кэш-память всей строки, то есть с 256-го по 319-й байт. Возможно, через некоторое время понадобятся другие слова из этой строки. Такой путь обращения к памяти более эффективен, чем вызов каждого слова по отдельности, потому что вызвать k слов 1 раз можно гораздо быстрее, чем 1 слово k раз. Если входные сообщения кэш-памяти содержат более одного слова, это значит, что будет меньше таких входных сообщений и, следовательно, меньше непроизводительных затрат.

Разработка кэш-памяти очень важна для процессоров с высокой производительностью. Первый вопрос – размер кэш-памяти. Чем больше размер, тем лучше работает память, но тем дороже она стоит. Второй вопрос – размер строки кэш-памяти. Кэш-память объемом 16 Кбайт можно разделить на 1К строк по 16 байтов, 2К строк по 8 байтов и т. д. Третий вопрос – как устроена кэш-память, то есть как она определяет, какие именно слова содержатся в ней в данный момент

Четвертый вопрос — должны ли команды и данные находиться вместе в общей кэш-памяти. Проще разработать смежную кэш-память, в которой хранятся и данные, и команды. При этом вызов команд и данных автоматически уравновешивается. Тем не менее в настоящее время существует тенденция к использованию разделенной кэш-памяти, когда команды хранятся в одной кэш-памяти, а данные — в другой. Такая структура также называется Гарвардской (HarvardArchitecture), поскольку идея использования отдельной памяти для команд и отдельной памяти для данных впервые воплотилась в компьютере МагcIII, который был создан Гавардом Айкеном в Гарварде. Современные разработчики пошли по этому пути, поскольку сейчас широко используются процессоры с конвейерами, а при такой организации должна быть возможность одновременного доступа и к командам, и к данным (операндам). Разделенная кэш-память позволяет осуществлять параллельный доступ, а общая — нет. К тому же, поскольку команды обычно не меняются во время выполнения, содержание командной кэш-памяти никогда не приходится записывать обратно в основную память.

Наконец, пятый вопрос — количество блоков кэш-памяти. В настоящее время очень часто кэш-память первого уровня располагается прямо на микросхеме процессора, кэш-память второго уровня — не на самой микросхеме, но в корпусе процессора, а кэш-память третьего уровня — еще дальше от процессора.

8. Процессоры семейства AMDPhenomII

В начале года, 8 января, компания AMD представила новую платформу AMDDragon, основанную на процессоре нового семейства AMDPhenomII. Первоначально компания AMD продемонстрировала лишь два процессора данного семейства: AMDPhenomIIХ4 940 и AMDPhenomIIХ4 920, которые совместимы с разъемом АМ2+ и поддерживают память DDR2. Позднее были представлены процессоры семейства AMDPhenomII, совместимые с разъемом АМЗ и поддерживающие как DDR2, так и DDR3-память.

Модельный ряд процессоров семейства AMDPhenomII

Главное отличие новых процессоров семейства AMDPhenomII от процессоров семейства AMDPhenom заключается в том, что они выполнены по 45-нм техпроцессу с применением технологии S0I, в то время как процессоры семейства AMDPhenom выполняются по 65-нм техпроцессу.

Точно так же, как и процессоры семейства AMDPhenom, они представляют собой истинно многоядерные процессоры, то есть все ядра процессора выполнены на одном кристалле.

Среди нововведений, реализованных в новых процессорах AMDPhenomII, можно также отметить усовершенствованную технологию AMDCool'&'Quiet 3.0. Она объединяет в себе ряд функций, позволяющих снизить энергопотребление процессора в те моменты, когда он недозагружен, а также предотвратить перегрев процессора.

При анонсе нового процессора семейства AMDPhenomIIХ4 компания AMD указывала и на другие преимущества в сравнении с предыдущим семейством. В частности, отмечалось, что новые процессоры выполняют больше инструкций за такт (InstructionPerClock, IPC).

Семейство процессоров AMDPhenomII в настоящее время включает три серии: AMDPhenomII Х4 900, AMDPhenomII Х4 800 и AMDPhenomII ХЗ 700.

Процессоры серии AMDPhenomII Х4 900

Сейчас в 900-ю серию процессоров входят две четырехъядерные модели: AMDPhenomII Х4 940 и AMDPhenomIIХ4 920. Каждое ядро процессора AMDPhenomIIХ4 900-й серии имеет выделенный L-2-кэш размером 512 Кбайт и разделяемый между всеми ядрами L3-кэш размером 6 Мбайт.

Процессор AMDPhenomII Х4 940 имеет тактовую частоту 3,0 ГГц, а процессор AMDPhenomII Х4 920 — 2,8 ГГц. Эти процессоры оснащены интегрированным двухканальным контроллером памяти DDR2 и поддерживают память DDR2 667/800/1066.

Процессоры AMDPhenomII Х4 940 и AMDPhenomIIХ4 920 совместимы с разъемами SockeАМ2+/АМ2 и поддерживают шину HyperTransport 3.0 на скорости до 3600 МГц (двусторонняя) пропускной способностью до 16 Гбайт/с. Оба процессора имеют TDP 125 Вт.

Разница между моделями процессоров AMDPhenomIIХ4 940 и AMDPhenomIIХ4 920 заключается не только в тактовой частоте, но еще и том, что процессор AMDPhenomII Х4 940 имеет разблокированный множитель, что позволяет реализовывать его эффективный разгон. Вообще, если говорить о разгонном потенциал процессора AMDPhenomII Х4 940, то, по сообщениям независимых источников в Интернете, он достаточно большой. Так, есть данные что применение жидкого азота для охлаждения процессора позволило достичь рекордной тактовой частоты в 6 ГГц, а посредством обычного воздушного охлаждения этот процессор легко разгоняется до 4 ГГц.

Добавим также, что в скором времени ожидается появление процессора AMDPhenomIIХ4 910 которым будет иметь тактовую частоту 2,6 ГГц.

Процессоры серии AMDPhenomII Х4 800

На данный момент 800-я серия процессоров включает всего одну модель четырехъядерного процессора —AMDPhenomII Х4 810. Однако в скором времени ожидается появление еще одной модели AMDPhenomIIХ4 805.

Отличие процессоров 800-й серии от процессоров 900-й серии заключается в урезанном размере кэша L3 и в том, что в процессорах 800-й серии реализован контроллер памяти, поддерживающий память как DDR2, так и DDR3. Кроме того, процессоры 800-й серии совместимы как с разъемам SocketAM2+/AM2 так и с разъемом SocketAM3.

Каждое ядро процессора AMDPhenomIIX4 810 имеет выделенный L2-кэш размером 512 Кбайт и разделяемый между всеми ядрами L3-кэш размером 4 Мбайт. Процессор AMDPhenomII Х4 810 работает с тактовой частотой 2,6 ГГц. Он оснащен интегрированным двухканальным контроллером памяти DDR2 (поддерживается память DDR2-667/800/1066) и контроллером памяти DDR3 (поддерживается память DDR3-800/1066/1333). TDP процессора составляет 95 Вт.