Реклама

Наш канал:

Таненбаум Э.- Архитектура компьютера. стр.231

Повышение производительности

Все производители компьютеров хотят, чтобы их системы работали как можно быстрее. В этом разделе мы рассмотрим ряд передовых технологий повышения производительности системы (в первую очередь — процессора и памяти), которые исследуются в настоящее время. Поскольку в компьютерной индустрии конкуренция очень острая, между появлением новой идеи о повышении скорости работы компьютера и воплощением этой идеи обычно проходит очень немного времени. Следовательно, большинство идей, которые мы сейчас будем обсуждать, вероятнее всего уже применяются в производстве.

Рассматриваемые усовершенствования можно разделить на две категории, касающиеся реализации и архитектуры. Усовершенствования реализации — это такие способы построения новых процессора и памяти, после применения которых система работает быстрее, но архитектура при этом не меняется. Изменение реализации без изменения архитектуры означает, что устаревшие программы смогут работать на новой машине, а это очень важно для успешной продажи. Чтобы усовершенствовать реализацию, можно, например, использовать более быстрый задающий генератор, но это — не единственный способ. Отметим, что рост производительности от процессора 80386 к процессорам 80486, Pentium, Pentium Pro, а затем и к Pentium II, достигался без изменения архитектуры.

Однако некоторые варианты усовершенствований можно реализовать только путем изменения архитектуры. Иногда, например, нужно добавить новые команды

или регистры, причем таким образом, чтобы устаревшие программы могли работать на новых моделях. В этом случае для достижения максимальной производительности программное обеспечение приходится переделывать или, по крайней мере, заново компилировать на новом компиляторе.

Однако один раз в несколько десятилетий разработчики понимают, что старая архитектура уже никуда не годится и единственный способ развивать технологии дальше — начать все заново. Таким революционным скачком было появление в 80-х годах RISC-архитектуры, а сейчас уже приближается следующий прорыв. Мы рассмотрим соответствующий пример (Intel IA-64) в главе 5.

Далее в этом разделе мы расскажем о четырех приемах повышения производительности процессора. Начнем мы с трех хорошо зарекомендовавших себя вариантов усовершенствования реализации, а затем перейдем к варианту, требующему незначительного усовершенствования архитектуры. Указанные приемы касаются кэш-памяти, прогнозирования ветвлений, выполнения с изменением очередности и подменой регистров, а также спекулятивного выполнения.

Кэш-память

Одним из самых важных вопросов при разработке компьютеров была и остается организация системы памяти, поддерживающей передачу операндов процессору с той же скоростью, с которой он их обрабатывает. Стремительное увеличение быстродействия процессора, к сожалению, не сопровождается столь же стремительным повышением скорости работы памяти. Относительно процессора память работает все медленнее и медленнее. Учитывая чрезвычайную важность основной памяти, эта ситуация, которая ухудшается с каждым годом, серьезно тормозит развитие высокопроизводительных систем, заставляя разработчиков искать обходные пути.