Параллельная обработка данных.

Проблемы с приростом производительности:

• Не все программы поддерживают распределение вычислений на насколько ядер

• Усложняется работа с памятью, так как ядер много, и всем им требуется доступ к ОЗУ

• Возрастает энергопотребления, увеличивается тепловыделение и требуется мощная система охлаждения.

 

Т ехнология Hyper-Threading позволяет каждому ядру процессора выполнять две задачи одновременно, по сути, делая из одного реального ядра - два виртуальных.

(Тут должна быть еще и схема)

 

 

Технология Hyper-Threading

Свободные ресурсы ядра:

• Если по какой-либо…

 

Проблемы этой технологии… (Переписать с фотографий)

• Потоки используют общие блоки одного конвейера и часто вынуждены ждать освобождения требуемого блока

• Виртуальных ядер может стать слишком много, особенно, если процессор содержит четыре и больше физических ядра. (Недостаточно ПО способного распределить вычисления на большее количество ядер)

 

Технология Turbo Boost

• Процессоры с этой технологией могут сами динамически, на короткий промежуток времени, повышать тактовую частоты, тем самым, увеличивая свою производительность.

• Процессор контролирует все параметры своей работы: напряжение, силу тока, температуру и тд не допуская сбоев и тем более выхода из строя.

Применение этой технологии позволяет значительно поднять производительность.

 

Направления развития архитектур современных процессоров (Фотография)

 

(ТУТ ДОЛЖНО БЫТЬ МНОГО ФОТОГРАФИЙ)

 

CISC (Complex instruction Set…

 

Лекция 7

Память ЭВМ. Основные понятия и характеристики. Классификация запоминающих устройство. Кэш-память.

 

 

(МНОГО ФОТО, ЕПТА БЛЯТЬ)

 

Многопортовая память - это статическое ОЗУ с двумя или более независимыми интерфейсами, обеспечивающими доступ к пространству памяти через разделенные шины адреса, данных и управления.

 

Принципы построения DRAM

Цепи, поддерживающие работу памяти, включают:

• Усилители, считывающие сигнал, обнаруженный в ячейке памяти

• Схемы адресации для выбора строк и столбцов

• Схемы выбора…

 

Интервалы регенерации измеряются в наносекундах. От этого времени зависит скорость работы оперативной памяти.

 

Эволюция DRAM (фото)

 

 

DDR SDRAM (Double Date Rate SDRAM)

 

Латентность - время между запросом данных из памяти и временем, когда оперативная память начнет выдавать требуемые данные.

 

Тайминги оперативной памяти (фото)

 

Тайминги оперативной памяти

С помощью тайников можно определить:

• Время, требуемое на чтение первого бита из памяти, когда нужная строка уже открыта - Tcl тактов

• Время, требуемое на чтение первого бита из памяти, когда строка неактивна

 

Эволюция DRAM (схема)

 

 

Реализации систем основной памяти

Модули памяти характеризуются:

• Объемом

• Числом микросхем

• Паспортной частотой

• Временем доступа к данным (нс)

• Числом контактов

 

Память типа DRAM (фото)

 

 

КЭШ-память (схема-пирамида)

Компоненты иерархической памяти. Буферизация ЗУ, работающее со скоростью, обеспечивающей функционирование ЦП без режимов запоминания.

• Встроенная в процессор (on-die)

• Внешняя (on-motherboard)

Все еще КЭШ память (схема)

 

 

Core i7 - процессор архитектуры Nahalem (схема, не обязательно)

 

• Эксклюзивным называется кэш, в котором данные, хранящиеся в кэш-памяти первого уровня, не обязательно должны быть продублированы в кэшах нижележащий уровней

 

• Инклюзивный называется кэш, в котором любая информация, хранящаяся в кэшах высших уровней, дублируется в кэш-памяти.

 

Стратегии управления иерархической памятью: (ДОПИСАТЬ О НИХ)

Метод отображения основной памяти на кэш

Порядок замещения информации в кэше

……..

 

Отображение памяти на кэш (Дописать)

 

Алгоритмы обмена с кэш-памятью (свопинга) (ДОПИСАТЬ)

 

Лекция 8

 

Принципы обмена данными в ЭВМ. Интерфейсы. Системы прерываний.

 

Оценка производительности системы – время ответа (время между моментом ввода пользователем задания и получения им результата), которое учитывает все накладные расходы, связанные с выполнением задания в системе, включая ввод/вывод.

 

Структура коммуникации ЭВМ

 

Совокупность каналов (трактов) обмена информацией, объединяющих собой основные функциональные устройства ВМ

 

Все каналы передачи информацмм в ВМ условно разделяют на:

· Внутренние – внутренние шины

· Внешние – внешние интерфейсные соединения

 

 

ФОТО схема шин

 

Шинные транкзации (фото схемы)

 

Шина адреса

Адрес позволяет выбрать ведомое устройство устройства и установить соединение между ним и ведущим.

Ширина шины адреса (число сигнальных линий, выделенных для передачи), определяет максимально возможный размер адресного пространства.

 

· Потенциальная емкость адресуемой памяти

· Число обслуживаемых портов ввода/вывода

 

Шина данных

Ширина ШД определяется количеством бит информации, которое может быть передано по шине за одну транкзацию (цикл шины) 32, 64 или 128 бит.

Слово – элемент данных, задействующий всю ширину ШД

 

Ширина шины данных существенно влияет на производительность вычислительной машины.

 

Шина управления

Передается управляющая информация и информация о состоянии участвующих в транкзации устройств.

 

Сигнальные линии, входящие в ШУ:

· Первая группа – линии, по которым пересылаются сигналы управления транкзациями. Выполняет тип выполняемой транкзации. Количество передаваемых байт и характеристики адреса.

· Вторая группа – линии передачи информации состояния (статуса)

· Третья группа – линии арбитража.

· Четвертая группа – линии прерывания, по которым передаются запросы на обслуживание, посылаемые от ведомых устройств к ведущему.

 

Мультиплексируемые шины адреса/управления (схема фото)

 

Мультиплексор – устройство, которое имеет несколько сигнальных входов, один или более управляющих входов на один выход. Мультиплексор позволяет передавать сигнал с одного из входов на выход, при этом выбор желаемого входа осуществляется подачей соответствующей комбинацией управляющих сигналов.

 

Демультиплексор – устройство, …

 

Иерархия шин (фото схема)

Варианты построения ВМ – с одной шиной, с двумя и тремя видами шин.

 

Локальная шина ввода/вывода соединяет высокопроизводительное оборудование: видеоадептеры и тд с южным мостом (чипсетом)

 

Интерфейсы шин

Интерфейс – совокупность возможностей, способов и методов взаимодействия двух систем, устройств или программ для обмена информацией…

 

Характеристики внутренних шин ВМ (таблица и вторая таблица)

 

PCI. Имеет 64 и 32 разрядные варианты. Один и те же шины служат для передачи адреса и данных, поддерживают решим Bus Mastering. Ведущие PCI устройства захватывают шину, управляют ей и освобождают от работы ЦП. Кроме того, PCI – многомастерная шина. Ведущими могут быть несколько устройств.

 

USB – универсальная последовательная шина. Используется для связи как с низкоскоростными, так и высокоскоростными устройствами.

 

К одному контроллеру USB можно подключить до 170 устройств по топологии звезда.

 

Прерывания

Прерывания – сигнал, сообщающий процессору о наступлении какого-либо события.

 

Аппаратные прерывания – события, генерируемые внешне по отношению к процессору устройства. Аппаратные прерывания это асинхронные события. Не зависит от того, какой код выполняется процессором.

 

Обработка прерываний (схема)

 

Контроллер прерываний – Шина прерываний - №

 

Аппаратные прерывания (таблица)

 

Имеются команды операционной системы, при выполнениях которых прерывания должны быть запрещены. Для этого существуют специальные команды, которые могут маскировать все или некоторые из прерываний устройств ввода/вывода.

 

Существуют немаскируемые виды прерываний, которые поступают в процессор по специальной линии немаскируемых прерываний. Например: неустранимый сбой ОЗУ.

 

Организация обмена данных между внешними устройствами и памятью (схема)

 

Прямой доступ к памяти (схема)

 

 

Захват шины (bus mastering) – иная реализация DMA (PCI, AGP, PCI-X)

 

Технология Plug and Play (схема и текст)