Архитектура современного ПК

процессоры Intel Core i7
Примеры архитектур ПК с многоядерными процессорами

Хабовая архитектура Intel Pentium

4 3,00 ГГц и чипсет 875P (Canterwood) для двухканальной памяти DDR400 (2003г)

PC3200)
Поддержка более быстрой системной шины с частотой передачи данных

800 МГц и пропускной способностью 6,4Гбайт/сек
Наличие у северного моста(системный контроллер) отдельной шины Communication Streaming Architecture для связи с контроллером Gigabit Ethernet, имеющую пропускную способность 266 Мбайт/с
Разгрузка Hub-Link (266 Мбайт/с) для связи между мостами чипсета
Наличие у южного моста (периферийный контроллер) 8 портов USB 2.0 и 2 порта интерфейса Serial ATA с поддержкой режима RAID

процессов.
В памяти находится код
нескольких программ
(«кирпичики»
разного цвета),

но в один момент
времени процессор
выполняет код
только одной из них

Дальнейшее повышение тактовой частоты (при тактовой частоте более 3,8 ГГц

чипы попросту перегреваются!) упирается в ряд фундаментальных физических барьеров (поскольку технологический процесс почти вплотную приблизился к размерам атома: сегодня процессоры выпускаются по 45-нм технологии, а размеры атома кремния – приблизительно 0,543 нм).
Несоответствие производительности процессора и памяти, так как время доступа к памяти не соответствует возрастающим тактовым частотам.
Ограничение производительности в результате последовательного потока вычислений.
Усложнение программ за счет использования разного адресного пространства в режиме мультизадачности.

должна делаться не на повышение тактовой частоты процессора, а на

улучшение параметров процессора – кэш, эффективность и количество ядер

кремния площадью примерно один квадратный сантиметр, на котором посредством микроскопических

логических элементов реализована принципиальная схема процессора.
 Ядро расположено на текстолитовой основе, по которой проходят контактные дорожки к «ножкам» (контактным площадкам), залито термическим интерфейсом и закрыто защитной металлической крышкой.
Многоядерный процессор – это микропроцессор, содержащий 2 и более вычислительных ядра на одном процессорном кристалле или в одном корпусе.

процессоре параллельно несколько программных потоков команд одновременно и тем самым

повысить производительность микропроцессоров.

обработка нескольких потоков команд.

Hyper-threading имеет одно физическое ядро, которое разделено на два логических,

поэтому операционная система определяет его, как два разных процессора (вместо одного).

на одном кристалле
В 2-ядерном чипе параллельно работают два ядра (два

процессора!), которые при меньшей тактовой частоте обеспечивают большую производительность, поскольку параллельно (одновременно!) выполняются два независимых потока команд.

коды двух программ

распараллеливаемой задаче все ядра могут задействоваться одновременно на всё время.

На частично распараллеливаемой задаче не все ядра могут задействоваться одновременно всё время. А значит, некоторые из них как минимум иногда будут простаивать.

в среднем получает ускорение примерно раза в полтора.
4-ядерный — примерно

в два по сравнению с одноядерным.
При запуске «профессиональных» программ кратность ускорения часто почти равна числу ядер.

также в программах, код которых оптимизирован под многопоточность нескольких ядер.

В остальных случаях (например, в офисных и интернет-задачах) они бесполезны.

первые десктопные Intel Pentium 4, поддерживающие «виртуальную» 2-ядерность – технологию

Hyper-Threading.
2002 г. – о перспективах использования двух ядер в своих процессорах архитектуры K8 заявила компания AMD. Практически одновременно с аналогичным заявлением выступила Intel.

Intel представила линейку 4-ядерных процессоров Intel Core i7, в основу

которых положена микроархитектура нового поколения Nehalem.
Процессоры работают на тактовой частоте 2,6 – 3,2 ГГц. Выполнены по 45-нм техпроцессу.

процессора. Это позволило увеличить скорость работы чипа с модулями оперативной

памяти и сделало ненужной фронтальную системную шину FSB.
Динамическое увеличение частоты процессора, зависящей от числа активных ядер и текущей загрузки, от его температуры, чтобы не допустить перегрева ( Технология Intel Turbo Boost)
Появление QPI(QuickPath Interconnect), действующей в двунаправленном режиме для связи процессора и чипсета. 20 линий данных в одну сторону и 20 линий данных - в другую. Каждая линия представляет собой дифференциальную пару проводников (lane), аналогичную используемым в PCI Express и SATA.
Один блок QPI поддерживает 20 линий передачи данных в обоих направлениях со скоростью 6,4 ГТ/с. Суммарная пропускная способность шины – 25,6 гигабайт информации в секунду.
Динамическое изменение напряжения питания ядра.

платы ушел контроллер памяти и исчезла шина памяти

процессор и связан с ядрами по внутренней шине QPI).
Высокопроизводительный

8 ядерный процессор Sandy Bridge
Массивы из нескольких видеокарт с шинами PCI Express
Четырехканальный доступ к памяти.

что позволило избавиться от северного моста и использовать в роли

чипсета один только южный мост.
Встроенная поддержка интерфейса SerialATA 6 Gb/s.
Встроенная поддержка последовательной шины USB 3.0 (четыре порта)

(логических больше, если у процессора есть технология типа Hyper-Threading);

частота физических ядер (при наличии технологии Turbo Boost);
полный объём всех кэшей;
число контроллеров и шин памяти;
Частоты шин чипсета;
Технологический процесс(45, 32, 22нм)

называется прерыванием
Необходимые реакции на различные события обеспечивает в ПК

система прерываний. Это комплекс аппаратных и программных средств, обеспечивающих выявление и обработку прерываний
Обработка прерываний сводится к приостановке исполнения текущей программы, вместо которой начинает действовать другая программа, соответствующая данному типу прерываний

ячейка стека)

стек
1. А→15 (15) =А
(УС) -1 =(УС) =1110

=14→ новая вершина стека
2. В→14 (14) =В
(УС) -1 = (УС) = 1101 =13→ новая вершина стека

Заполнение стека происходит с вершины

из стека
1. (УС) +1 = (УС) = 1110 =14

(14) →В (14) = 0
2. (УС) +1 = (УС) = 1111 =15
(15) →А (15) = 0

Освобождение стека происходит в обратной последовательности

передача- PIO. Осуществляется при непосредственном участии и под управлением процессора.

прямой доступ к памяти - ПДП ( Direct Memory Access - DMA ). Происходит под управлением отдельного устройства - контроллера прямого доступа к памяти (КПДП).

большое количество относительно простых операций, приостанавливая работу над основной программой.

оно обращается к оперативной памяти, не прерывая работы процессора.