РЕФЕРАТ
Звіт про НДРС: 53 c., 28 рис., 5 джерел
Об'єкт дослідження - архітектура сучасних мікропроцесорів і обчислювальних систем.
Мета роботи - дослідити архітектуру сучасних мікропроцесорів і обчислювальних систем, а також зробити висновок про перспективи їх розвитку.
У даній роботі розглянуто безліч різних класифікацій архітектур обчислювальних систем за різними ознаками, оцінено нинішній стан досліджень в області архітектури процесорів, а також дано прогноз цих досліджень і досягнень на найближчим часом.
Основна увага приділена питань класифікації архітектур обчислювальних систем, ознаками, за якими ця класифікація здійснюється, розкриттю понять В«мікроархітектурний рівень В»іВ« мультітредовие системи В».
В якості прикладу розглядаються обчислювальні системи таких виробників, як IBM, AMD, Sun Microsystems, CRAY та інших.
ЗМІСТ
Введення
1 Класифікації архітектур обчислювальних систем
1.1 Класифікація Флінна
1.2 Доповнення Ванга і Бріггса до класифікації Флінна
1.3 Класифікація Фенга
1.4 Класифікація Шора
1.5 Класифікація Хендлера
1.6 Класифікація Хокні
1.7 Класифікація Шнайдера
1.8 Класифікація Джонсона
1.9 Класифікація Базу
1.10 Класифікація Крішнамарфі
1.11 Класифікація Скіллікорна
1.12 Класифікація Дазгупти
1.13 Класифікація Дункана
2 Організація комп'ютерних систем
2.1 Загальні відомості
2.2 Пристрій центрального процесора
2.3 Виконання команд
2.4 RISCі CISC
2.5 Принципи розробки сучасних комп'ютерів
2.6 Паралелізм на рівні команд
2.7 Паралелізм на рівні процесорів
3 Еволюція мікропроцесорних систем
3.1 Основні напрямки розвитку
3.2 Збільшення обсягу внутрікрістальной пам'яті
3.3 Збільшення числа і складу функціональних пристроїв
3.4 Інтеграція функцій
3.5 Однокристальний мультіскалярние і мультітредовие системи
3.6 Напрямок еволюції архітектури мікропроцесорів
Висновки
Список використаних джерел
ВСТУП
Стрімкий розвиток науки і проникнення людської думки в усі нові області разом з вирішенням поставлених перш проблем постійно породжує потік запитань і ставить нові, як правило більш складні, завдання. У часи перших комп'ютерів здавалося, що збільшення їх швидкодії в 100 разів дозволить вирішити більшість проблем, проте гігафлопная продуктивність сучасних суперЕОМ сьогодні є явно недостатньою для багатьох учених. Електро-та гідродинаміка, сейсморозвідка і прогноз погоди, моделювання хімічних з'єднань, дослідження віртуальної реальності - ось далеко не повний список галузей науки, дослідники яких використовують кожну можливість прискорити виконання своїх програм.
Найбільш перспективним і динамічним напрямком збільшення швидкості вирішення прикладних завдань є широке впровадження ідей паралелізму в роботу обчислювальних систем. До теперішнього часу спроектовані та випробувані сотні різних комп'ютерів, що використовують у своїй архітектурі той чи інший вид паралельної обробки даних. У науковій літературі та технічної документації можна знайти більше десятка різних назв, що характеризують лише загальні принципи функціонування паралельних машин: векторно-конвеєрні, масивно-паралельні, комп'ютери з широким командним словом, систолические масиви, гіперкуби, спецпроцесорів та мультипроцесори, ієрархічні і кластерні комп'ютери, dataflow, матричні ЕОМ і багато інших. Якщо ж до подібних назв для повноти опису додати ще й дані про таких важливих параметрах, як, наприклад, організація пам'яті, топологія зв'язку між процесорами, синхронність роботи окремих пристроїв або спосіб виконання арифметичних операцій, то число різних архітектур стане і зовсім неозорим.
Спроби систематизувати всі безліч архітектур почалися після опублікування М.Флінном першого варіанту класифікації обчислювальних систем в кінці 60-х років і безперервно тривають донині. Ясно, що навести порядок в хаосі дуже важливо для кращого розуміння досліджуваної предметної області, проте знаходження вдалою класифікацією може мати цілий ряд істотних наслідків.
У самому справі, згадаємо відкритий в 1869 році Д.И.Менделєєвим періодичний закон. Виписавши на картках назви хімічних елементів і вказавши їхні найважливіші властивості, він зумів знайти таке розташування, при якому чітко простежувалася закономірність у зміні властивостей елементів, розташованих в кожному стовпці і в кожній рядку. Тепер, знаючи становище якого елемента в таблиці, він міг з великою ступенем точності описувати його властивості, не проводячи з ним ніяких безпосередніх експериментів. Іншим, справді фантастичним наслідком, стало те, що даний закон відразу вказав на кілька "білих плям" у таблиці і дозволив передбачити існування (!) і властивості (!!) невідомих до тих пір елементів. У 1875 році французький вчений Буабодран, вивчаючи спектри мінералів, відкрив передвіщений Менделєєвим галій і вперше детально описав його властивості. У свою чергу Менделєєв, ніколи раніше не бачив даного хімічного елемента, не тільки зміг вказати на помилку у визначенні щільності, але і обчислив її правильне значення.
Існуюча класифікація рослинного і тваринного світу, на відміну від періодичного закону, носить скоріше описовий характер. З її допомогою набагато складніше пророкувати існування нового виду, однак знання того, що досліджуваний екземпляр належить такому-роду/сімейству/загону/класу дозволяє виправдано припустити наявність у нього цілком певних властивостей.
Подібну класифікацію хотілося б знайти і для архітектур паралельних обчислювальних систем. Основне питання - що закласти в основу класифікації, може вирішуватися по-різному, залежно від того, для кого дана класифікація створюється і на рішення якої задачі спрямована. Так, часто використовуване поділ комп'ютерів на персональні ЕОМ, робочі станції, міні - ЕОМ, великі універсальні ЕОМ, мінісупер-ЕОМ і супер-ЕОМ, дозволяє, бути може, приблизно прикинути вартість комп'ютера. Однак вона не наближає користувача до розуміння того, що від нього буде потрібно для написання програми, що працює на межі продуктивності паралельного комп'ютера, тобто того, заради чого він і зважився його використовувати. Як це не дивно, але від великої кількості різних паралельних комп'ютерів страждає, перш за все, кінцевий користувач, для якого, начебто, вони і створювалися: він змушений щоразу підбирати найбільш ефективний алгоритм, він відчуває на собі "принади" паралельного програмування і налагодження, вирішує проблеми переносимості і потім все повторюється заново.
Хотілося б, щоб така класифікація допомогла йому розібратися з тим, що являє собою кожна архітектура, як вони взаємопов'язані між собою, що він повинен враховувати для написання дійсно ефективних програм або ж на який клас архітектур йому слід орієнтуватися для вирішення необхідного класу задач. Одночасно вдала класифікація могла б підказати можливі шляхи вдосконалення комп'ютерів і в цьому сенсі вона повинна бути достатньо змістовною. Важко розраховувати на знаходження нетривіальних "білих плям ", наприклад, у класифікації за вартістю, проте роздуми про можливу систематиці з точки зору простоти та технологічності програмування можуть виявитися надзвичайно корисними для визначення напрямків пошуку нових архітектур.
У даній роботі не ставилося завдання відразу запропонувати щось конкретне. Вона носить скоріше оглядовий характер і її основне завдання - це зібрати в одному місці накопичені до теперішнього часу матеріал. У роботу включені не всі знайдені класифікації, а описані лише ті, в яких вперше введені якісь нові суттєві поняття.
1 КЛАСИФІКАЦІЇ Архітектура обчислювальних систем
<...
