Современные микропроцессоры

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство  по образованию

Орловский государственный  технический университет

Технологический институт

Факультет среднего профессионального образования

 

 

 

Кафедра:

«Электротехнические

дисциплины».

Реферат

по дисциплине «Введение в специальность»

на тему: «Современные микропроцессоры».

 

 

 

Выполнил:

 студент  группы К-108

Русинов А.И.

Проверил:

Лаврушин С.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

Орёл, 2007 г.

 

Содержание:

1 Введение....................................................................................................................3

2 Эпоха многоядерных процессоров  наступила.......................................................4

3 Немного теории........................................................................................................5

4 Два лучше, чем один................................................................................................6

5 Про многоядерные процессоры..............................................................................8

6 Заключение..............................................................................................................10

7 Список используемой литературы........................................................................10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Введение

Что общего между электронной  рыболовной наживкой и ученическим  ПК? В основе обоих лежит микропроцессор Intel. Многие, когда говорят о микропроцессорах, представляют себе персональный компьютер. Но первые процессоры были встроены в самые повседневные и распространенные механизмы и инструменты. Когда компания Intel представила в 1971 году свой первый микропроцессор, никто даже не мог предположить, к созданию каких сложных аппаратов эта технология приведет в будущем.

Некоторые области применения процессора:

• Контроллер светофора
• Интерактивные игрушки
• Радиомодем
• Спутниковая связь
• Автомобильная цифровая навигационная система
• Управление зажиганием и подачей топлива в автомобилях
• Принтеры
• Пульт звукорежиссера
• Локомотивы (микропроцессор контролирует электропитание двигателя)
• Интерактивный сенсорный видеоэкран
• Клавиатура компьютерного терминала
• Жесткий диск
• Контроль за расходованием электроэнергии
• Технологический контроль (микропроцессор контролирует условия производственного процесса - температуру, давление или расход материалов)
• Рыболовная электронная наживка
• Электронный орган, гитара, синтезатор
• Гелиевый детектор
• Спортивные тренажеры
• Электронная игра дартс
• Исследовательские приборы
• Контроллер швартовочных муфт морских судов
• Сенсоры стартового блока (для предотвращения фальстартов в легкой атлетике)
• Компьютерно-кассовые системы
• Сотовый телефон
• Декодер кабельного телевидения
• Факсимильный аппарат
• Спутниковое приемное устройство
• Медицинское оборудование
• Система контроля за состоянием пациентов
• Торговые автоматы
• Электронный уровень (для столярных работ)
• Копиры
• Штрих-кодовый принтер
• Рука робота
• Разведение диких зверей в неволе (под кожу животного имплантируются крошечные микросхемы, которые содержат генетическую информацию, помогающую ученым предотвратить близкородственное скрещивание - имбридинг)

 

2 Эпоха многоядерных  процессоров наступила

В последние два, три  года развитие цифровых технологий приобрело  поистине лавинообразный характер: сегодня  мы наблюдаем появление полупроводниковых устройств, на порядок превосходящих своих собратьев пяти-шести летней давности как по вычислительной мощи, так и по функциональной гибкости. Обычные домашние ПК, ставшие неотъемлемой частью нашей жизни, концентрируют в себе вычислительную мощь, о которой раньше не могли мечтать даже учёные, располагавшие кластерами высокопроизводительных систем. С помощью ПК мы черпаем информацию из Интернета, храним свои цифровые архивы, общаемся с друзьями и реализуем свои потребности в творчестве.

3 Немного теории

Мозг любого компьютера – это процессор, который оперирует всеми необходимыми вычислениями. С каждым годом он вынужден работать всё быстрее и быстрее, потому что постоянно растут наши требования к нему. Мало того – он должен выполнять несколько задач одновременно: как правило нам хочется путешествовать по Интернету, скачивать при этом из всемирной паутины любимую мелодию в формате МР3, а то и видеофильм, да ещё и проверять поступающую электронную почту на наличие вирусов. Даже Гай Юлий Цезарь, известный своей способностью одновременно делать сразу несколько дел, и тот не справился бы с такой нагрузкой.

Чтобы наделить компьютерные системы  новыми способностями была предложена идеология перехода к следующему этапу эволюционного развития цифровых полупроводниковых устройств – к многоядерной архитектуре процессоров и соответствующих платформ. Весной 2005 года корпорация Intel объявила о выходе первых двухъядерных продуктов для настольных систем, созданных на базе 90-нм технологического процесса, - процессора Intel Pentium 840 Extreme Edition, обладавшего способностью обрабатывать до четырёх потоков инструкций за счёт поддержки технологии Hyper-Threading, процессоров семейства Intel Pentium D серии 8хх (Smithfield), а также наборов микросхем семейства Intel 945/955X Express с поддержкой двухъядерных процессоров. Позднее, в самом начале 2006 года, линейка многоядерных процессоров была пополнена моделями, созданными на базе нового, 65-нм технологического процесса Intel Pentium 955 Extreme Edition и процессорами Intel Pentium D серии 9хх (Presler), а также набором микросхем Intel 975 Express.

                    

Рисунок 1 – логотип процессора Intel     Рисунок 2 – логотип процессора Intel

Pentium Extreme Edition.                                  Pentium D.

 В III квартале 2006 года корпорация Intel начала поставки процессора с кодовым наименованием Conroe – первого оптимизированного для настольных ПК процессора, разработанного на базе новой микроархитектуры Intel Core с передовыми показателями энергоэффективной производительности. Эта же архитектура будет положена в основу первого четырёхъядерного процессора для настольных ПК с кодовым наименованием Kentsfield, начало поставок которого запланировано на первый квартал 2007 года.

В настоящее время корпорация Intel занимается разработкой более 20 двухъядерных и многоядерных процессоров , являющихся основой построения платформ для высокопроизводительных серверов, массовых серверов, рабочих станций, настольных ПК, мобильных и сетевых устройств. Поставки семи из этой двадцатки процессоров уже начались, выпуск остальных намечен на 2006-2007 годы либо позднее. [1,страница 36-37].

3 Немного теории

 Многоядерный процессор  содержит два или более вычислительных  ядер на одном кристалле. Он  имеет один корпус и устанавливается  в один разъём на системной плате, но операционная система воспринимает каждое его вычислительное ядро как отдельный процессор с полным набором вычислительных ресурсов. Например, двухъядерный процессор – это реализация многоядерности с двумя вычислительными ядрами.

Результаты опроса, проведённого компанией Harris Interactive по заказу корпорации Intel показали, что девять из десяти пользователей не раз сталкивались с проблемами, запуская одновременно несколько приложений с высокой интенсивностью вычислений. Среди типичных проблем отмечались зависание компьютера, временные задержки при воспроизведении видео, отключение функций, задержки обновления экрана, а также ухудшение качества воспроизведения звука. У домашних пользователей это вызывает раздражение, для корпоративных  же пользователей секунды задержек складываются в минуты, часы, дни и даже недели ожидания, отнимая рабочее время сотен и тысяч работников, снижая производительность и уменьшая практический результат.

Переход к многоядерным вычислениям  был принят в качестве долговременной стратегии много лет назад. Специалисты Intel уже давно работают над концепцией параллелизма и над аппаратными средствами реализации многопрочности, при этом впервые эта тема открыто обсуждалась в статье, написанной в 1989году архитекторами Intel Патриком Гелсингером (Pat Gelsinger), Герхардом Паркером (Gerhard Parker) и Альбертом Ю (Albert Yu). Хотя исследования в этой области корпорацией Intel проводились и ранее, публикация данной статьи стала первым открытым обсуждением концепции многоядерных процессоров.

В 1993 году Intel внедрила массовое производство параллелизм на уровне команд, выпустив процессор Intel Pentium, обладавший способностью декодировать и выполнять команды вычислительного потока параллельно. Годом позже специалисты Intel реализовали двухпроцессорную обработку (два полноценных процессора помещались в два разъёма на одной системной плате), создав аппаратную многопрочную среду для серверов и рабочих станций. В 1995 году был представлен процессор Intel Pentium Pro, поддерживающий эффективное объединение четырёх процессоров на одной системной плате, что позволило обеспечить более высокую скорость обработки данных в многопрочных приложениях, ориентированных на серверные платформы и рабочие станции.

Рисунок 3 – процессоры Intel.

 

 

Появление в 2002 году технологии Hyper-Threading (HT) ознаменовало приход многопоточного параллелизма, то есть возможности выполнять разные потоки приложений одновременно на одноядерном процессоре. [1, страница 37].

 

4 Два лучше,  чем один

В случае появления любой  инновации первые вопросы, которыми задаются пользователи, всегда одинаковые. Что данная инновация сулит лично мне? Смогу ли я делать с её помощью то, чего не мог делать раньше?

Большинство приложений, уже сегодня оптимизированных для параллельного исполнения вычислительных потоков (скажем, программ, поддерживающих технологию Hyper-Threading либо предназначенных для исполнения на рабочих станциях или серверах с двухпроцессорной конфигурацией), при выполнении на многоядерном процессоре демонстрируют хорошую масштабируемость производительности. К этой категории относятся мультимедийные приложения (ПО для создания контента, для редактирования и воспроизведения локальных и поточных мультимедийных данных), научные приложения и CAD/CAM-системы.

Что касается многозадачности, то благодаря многоядерной архитектуре  процессора может быть улучшено время  отклика ПК в любой среде, где  пользователь активно работает с двумя или более приложениями либо где фоновые процессы (антивирусная проверка, фильтрация спама, обновление ПО и драйверов, архивирование файлов, автоматическая проверка почтового ящика и т.п.) конкурируют друг с другом и несколькими приложениями пользователя за вычислительные ресурсы. Попытайтесь, например во время интенсивной антивирусной проверки запустить текстовый редактор и набрать несколько фраз – в течении некоторого времени ПК будет пробуксовывать, не отображая набранного текста на экране. Приложения, требующие высокой интенсивности вычислений, тормозят друг друга, что очень хорошо заметно, например при обработке видео и одновременном запуске игры.

Многозадачных сценариев  использования многоядерных платформ существует великое множество – это, в частности, редактирование фотографий при одновременной записи телепередач с помощью цифрового видеомагнитофона или загрузка контента из Интернета при одновременном антивирусном сканировании в фоновом режиме.

Многоядерные процессоры отражают тенденцию последних лет: производительность компьютеров постоянно повышается и вместе с тем уменьшается потребляемая мощность.

Всё большее значение многоядерные процессоры приобретают  в условиях всеобщей «цифрофикации», окружающей нас информации. Музыка, видео, фотографии, игры – их носители повсеместно становятся цифровыми, растёт и количество устройств, генерирующих, обрабатывающих и хранящих цифровой контент (фото- и видеокамеры, DVD- и МР3 плееры и т.д.). мир стоит на пороге полномасштабной реализации концепции цифрового дома, когда все устройства в нашем жилище будут объединены в домашнюю сеть, позволяющую предоставлять сервис по обработке цифрового контента в качестве обычной коммунальной услуги. Круг обязанностей домашнего ПК существенно расширится, а жизнь, в цифровом доме будет намного зависеть от эффективности многозадачной работы многоядерных процессоров и от их способности управлять всем комплексом устройств -: телевизорами, стереосистемами, видеокамерами, а также другими устройствами и аппаратами в цифровом доме.

Ещё одна важная задача –  расширение коммуникационной функции  ПК. Проникновение в наши офисы и дома новых телекомунникационных технологий таких, как VolP, а также рост пропускной способности сетей требует обработки огромного количества пакетов данных, но это не должно влиять на скорость работы основных приложений. Многоядерные процессоры Intel в сочетании с другими компонентами платформ предоставляют расширенные возможности для управления и для обеспечения безопасности. Они позволяют уменьшить время отклика системы во время одновременной работы нескольких управляющих или профилактических программ, таких, как антивирусная проверка, обновление ПО, проверка конфигурации, или запрос на инвентаризацию. Более того, используя технологию виртуализации, поддерживаемую многими платформами Intel, можно одновременно запустить несколько операционных систем без снижения производительности приложений в каждой из них.

Значительные вычислительные ресурсы многоядерных процессоров предоставят разработчикам игр большую степень свободы для создания полноценной графики, для реализации физики процессов, а также функций искусственного интеллекта. Например, при обработке алгоритма воспроизведения фотореалистичной графики, требующего огромной вычислительной мощности, можно использовать одно или несколько специализированных ядер для рендеринга в реальном времени.

Кроме качества изображения, выразительность игре придадут встроенные в неё расширенные функции искусственного интеллекта. Например, сегодня противостоящий игроку компьютерный персонаж наделён только возможностью оптимального вычисления маршрута перемещения: ужасные монстры достаточно хорошо ориентируются в игровых лабиринтах, но не обладают тем уровнем интеллекта, которого можно ожидать от живого соперника. В будущем разработчики игр смогут использовать преимущества многоядерных процессоров: одно или несколько ядер займутся обработкой графики, а остальные будут выполнять функции искусственного интеллекта. Это позволит создавать в высшей степени реалистичные игры.

Не смотря на то, что  для полного овладения тонкостями многопоточного программирования разработчикам игр потребуется ещё какое-то время, ведущие, разработчики игр, включая компании Epic Games, Lionhead Studios, BioWare, Ubisoft и др., уже используют эту технологию при разработке игр. [1,страница 37-39].

Рисунок 4 – внешний  вид процессора Intel Core 2 Quad.

 

5 Про многоядерные  процессоры

На сегодняшний день отношение к двух (и более) ядерным  процессорам неоднозначное. С одной  стороны, количество оптимизированного  программного обеспечения крайне мало, и подобные программы можно найти только среди профессионального ПО. Но с другой стороны двухъядерный процессор обеспечивает более комфортную работу с Windows XP (и другими ОС). Правда «комфортность» величина субъективная, и каким либо числом её выразить нельзя. Но по своему личному опыту эта самая «комфортность» вполне осязаема, и позволяет рекомендовать именно двухъядерные процессоры.