Реклама

Наш канал:

Таненбаум Э.- Архитектура компьютера. стр.154

При наличии более 8 устройств ввода-вывода микросхемы 8259А могут соединяться каскадом. В самой экстремальной ситуации все 8 входов могут быть связаны с выходами еще 8 микросхем 8259А, соединяя до 64 устройств ввода-вывода в двухступенчатую систему прерывания. Микросхема 8259А содержит несколько выводов для каскадного соединения, но мы их опустили ради простоты.

Хотя мы никоим образом не исчерпали все вопросы разработки шин, изложенный материал дает достаточно информации для общего понимания принципов работы шины и принципов взаимодействия с шиной центрального процессора. Теперь мы перейдем от общего к частному и рассмотрим несколько конкретных примеров процессоров и их шин.

Примеры центральных процессоров

В этом разделе мы рассмотрим процессоры Pentium 4, UltraSPARC III и 8051 на уровне аппаратного обеспечения.

Pentium 4

Pentium 4 — прямой потомок процессора 8088, который использовался в первой модели IBM PC. Презентация Pentium 4 состоялась в ноябре 2000 года. Публике был представлен процессор с 42 млн транзисторов, частотой 1,5 ГГц и шириной строки 0,18 мкм. Понятие «ширина строки» означает ширину проводников между транзисторами (и одновременно определяет размер самих транзисторов). Чем меньше эта величина, тем больше транзисторов умещается на одной микросхеме. По сути, закон Мура прогнозирует способность инженеров к дальнейшему уменьшению ширины строки. Помимо прочего, уменьшение этой величины позволяет повысить тактовую частоту. Для сравнения, диаметр человеческого волоса составляет 20-100 мкм (причем светлые волосы тоньше темных).

В течение трех последующих лет технологический процесс в Intel претерпевал изменения, в результате чего компания смогла приступить к выпуску процес соров с 55 млн транзисторов, частотой до 3,2 ГГц и шириной строки 0,09 мкм. Хотя Pentium 4 очень сильно отличается от процессора 8088 с его 29 ООО транзисторов, он полностью совместим с 8088 и может выполнять программы, написанные для 8088 (не говоря уже о программах для всех процессоров, появившихся между Pentium II и 8088).

С точки зрения программного обеспечения Pentium 4 представляет собой 32-разрядную машину. Он поддерживает ту же стандартную промышленную архитектуру (ISA), что и процессоры 80386, 80486, Pentium, Pentium II, Pentium Pro и Pentium III, включая те же регистры, те же команды и такую же встроенную систему обработки значений с плавающей точкой стандарта IEEE 754. Помимо этого в Pentium 4 предусмотрен набор специализированных команд для выполнения мультимедийных приложений.

С точки зрения аппаратного обеспечения Pentium 4 схож с 64-разрядными машинами, поскольку он может передавать данные в память и из памяти блоками по 64 бита. Хотя программист не замечает этих 64-разрядных передач, такая машина работает быстрее, чем обычная 32-разрядная.

На уровне микроархитектуры Pentium 4 разительно отличается от всех своих предшественников. В Pentium II, Pentium Pro и Pentium III была реализована общая внутренняя микроархитектура Р6, различавшаяся в зависимости от модели процессора только по быстродействию и ряду второстепенных параметров. Процессоры Pentium 4 снабжены новой микроархитектурой под названием NetBurst, которая существенно отличается от Р6, в частности, она предусматривает большее количество ступеней конвейера и два АЛУ (каждое из которых работает в два раза быстрее тактовой частоты, обеспечивая возможность выполнения двух операций за один цикл), а также поддерживает технологию гиперпоточности. Под гиперпоточностью понимается наличие двух наборов регистров и ряда других внутренних ресурсов, которые позволяют Pentium 4 переключаться между двумя программами с высочайшей скоростью — так, как будто в системе установлен не один, а два процессора. Микроархитектуру Pentium 4 мы обсудим в главе 4. Как бы то ни было, подобно своим предшественникам, Pentium 4 способен выполнять несколько команд за один цикл, а следовательно, является суперскалярной машиной.