Компьютерные системы и архитектура сочинение пример

ООО "Сочинения-Про"

Ежедневно 8:00–20:00

Санкт-Петербург

Ленинский проспект, 140Ж

Сочинение на тему Компьютерные системы и архитектура

«Опишите, как за последние 25 лет развивались такие концепции, как RISC, конвейерная обработка, кэш-память и виртуальная память, для повышения производительности системы?»

Конструкция ЦП и его интеграция в компьютеры различных размеров и целей, несомненно, является основным направлением в электронной промышленности. Больше вычислений означает большие системы инфраструктуры, которые могут быть соединены вместе, будь то в сети онлайн-маркетинга / продаж или в серии датчиков и датчиков, подотчетных центральному процессору управления. Такие концепции, как RISC, конвейерная обработка, кэш и виртуальная память, объединяются, чтобы сделать все более быстрые, сложные и плотные системы управления компьютером.

Архитектура RISC (Computing с уменьшенным набором инструкций) изначально развивалась из-за растущих изменений в самой манере конструирования компьютеров, а именно из-за растущей простоты доступа к более дешевой и высококачественной памяти. RISC работает с использованием гораздо меньшего, но более сфокусированного набора инструкций, чем его предшественник CISC, полагаясь на большее количество командных команд, которые выполняются индивидуально быстрее, чем более многословный, но более длительный, выполняемый CISC. Меньшее количество аппаратных наборов выполнения позволило увеличить количество регистров общего назначения и кэша, что позволило увеличить поток через доступную память. Демонстрируя, что рынки поддерживают импульс, архитектура RISC не получила большого импульса вне основного направления университета, пока федеральный университетский исследовательский грант не профинансировал проекты, требующие их использования. Единственным распространенным ПК, продаваемым на рынке ПК, был PowerPC, разработанный совместно с IBM, Apple и Motorola в 1991 году. Однако за пределами рынка ПК использование RISC ускорилось при использовании микропроцессоров во встроенных системах и другом оборудовании, не связанном с ПК, требующим простого казни, но почти в режиме реального времени. Беркли разработал свою первую версию RISC в 1981 году, а RISC-II – несколько лет спустя. В 1987 году Sun Systems создаст свою архитектуру SPARC (Scalable Processor Architecture), которая будет продаваться и по сей день. SPARC довел идею минимализма до крайности, вплоть до даже удаления умножения и деления из списка выполнения, чтобы максимизировать доступ к реестру. Масштабируемый элемент SPARC происходит от возможности использования SPARC во всем, от одного микропроцессора до многотысячного процессора-концентратора, причем все они используют один и тот же набор команд регистра. До недавнего времени ключевым определяющим элементом конструкции процессора было непрерывно увеличивающаяся скорость процессоров. Это замедлилось из-за концепции Dennard Scaling или из-за того факта, что увеличение скорости процессоров в сочетании с увеличением транзисторов означают больше тепла / мощности. В результате параллельная обработка оказалась в центре внимания, и такие архитектурные проекты, как EPIC (Explicitly Parallel Instruction Computing), разработанные на основе VLIW Intel, где обработка фокусируется как на скорости завершения выполнения, так и на способности выполнять несколько наборов. казни одновременно. В настоящее время EPIC вполне может сделать RISC устаревшим, если не CISC (который интенсивно используется в системах, ориентированных на ПК).

Так же, как процессоры в целом начали концентрироваться на параллельности в их использовании, так и в дизайне. Конвейерная обработка – это термин, используемый для процесса принятия вызовов выполнения и разбиения их на одновременно выполняющиеся «каналы», которые последовательно обрабатывают элементы вызова, позволяя, когда один «канал» завершает свою задачу, такую ​​как выборка, он может передаваться другому. труба, чтобы начать другую выборку. Пример традиционного конвейера RISC состоит из канала для извлечения инструкций, декодирования и выборки из регистра, выполнения, доступа к памяти и обратной записи регистра. Трубопровод считается «супер», когда его глубина увеличивается до такой степени, что ступенчатая схема упрощается и тактовые частоты могут быть значительно увеличены. Когда конвейер способен выполнять выборку команд каждый отдельный цикл команд, тогда конвейер считается полностью конвейерным. Из-за значительных различий во времени, которые могут существовать между одним требуемым циклом выполнения и другим, полностью конвейерные процессоры трудно производить. Чтобы преодолеть это, существует динамическая конвейерная обработка, когда процессор распознает задержки из-за сбойных ветвей, зависаний вызова памяти или чрезмерно глубокой рекурсии. Это позволяет процессору переназначить канал другому процессу или потоку, чтобы поддерживать производительность процессора. IBM 360/91 была одной из первых крупных систем обработки данных, которая интенсивно использовала конвейерную обработку. Несмотря на эту добавленную особенность, эта конкретная модель продала только 20 моделей, в основном НАСА. В конечном счете, конвейеризация ведет в область гипер / многопоточности в растущей сфере ILP (параллелизма на уровне инструкций) или параллельного программирования, как упоминалось выше в отношении EPIC.

В 1965 году Морис Уилкс создал идею «Памяти рабов» или того, что в конечном итоге будет известно как «кэш-память». Это была память, отдельная от основной памяти, которая содержала часто называемые инструкции и данные для более быстрой обработки. Как и все события в компьютерном мире, все изменилось с тех пор, как это было впервые предложено. Теперь кеш существует чаще всего в трех разных формах или уровнях. Кэш 1-го уровня (также называемый L1) – это форма памяти, расположенная непосредственно на микросхеме процессора, для очень быстрого доступа к инструкциям, обычно занимающая от 8 до 128 КБ памяти. Кэш-память второго уровня, которая может существовать как на непосредственном чипе, так и за его пределами, обычно занимает от 512 КБ до 16 МБ памяти. Он имеет больший объем, но несколько медленнее, чем L1. Наконец, кэш-память L3 полностью отделена от процессора на материнской плате и, как правило, содержит до 8 МБ памяти и работает медленнее, чем кэш-память L2, но используется для улучшения L1 и L2. Кэш важен, потому что к нему можно получить доступ гораздо быстрее, чем к ОЗУ или ПЗУ, и сводит к минимуму задержки конвейера. Кэш-память обычно организована в регистры процессора с помощью прямого сопоставления, полностью ассоциативного сопоставления и установки ассоциативного сопоставления. Современные процессоры, такие как последние линейки Intel, включают все 3 уровня кэш-памяти непосредственно на чипе. Однако кэширование требует больших затрат, и основной движущей силой его развития является технология его создания, а именно то, насколько малой и плотно упакованной может быть память.

Виртуальная память – это идея, впервые выдвинутая командой Atlas в Манчестерском университете в 1959 году, которая заключалась в том, чтобы взять части основной памяти (или ОЗУ, как она теперь называется) и скопировать ее в физическую память. диск для последующего доступа. Впервые он был использован в системе IBM 360/67, но с годами потребует многочисленных улучшений. Виртуальная память работает во многом как ОЗУ, но при обращении к определенному адресу памяти, ранее скопированному на физический диск, память должна протянуть руку, чтобы передать эти данные с диска на процессор. В результате это требует, с точки зрения обработки, значительного количества времени и специальных аппаратных и программных методов, необходимых для улучшения процесса на протяжении многих лет; На самом деле это остается несовершенной наукой.

В целом, путь к компьютеру, какой мы его знаем, был беспокойным, но коротким. Прошло всего три поколения с тех пор, как стала известна сама идея «компьютера». Процессоры превратились из транзисторов и вакуумных трубок размером с кулак в буквально миллионы в ладони. Тем не менее, это не был устойчивый прогресс в развитии, так как все, от разработки того, как эти системы думают (CISC против RISC против EPIC против ???) до того, как они запоминаются (RAM против Cache против виртуальной памяти), должно было расти в их собственные моды в свое время. Скорость обработки в течение десятилетий развивалась с такой невероятной экспоненциальной скоростью, что ее скорость зависит как от формулы, так и от ее снижения. Человеческое творчество лежит в основе обнаружения каждого шага прогресса, и оно остается тем же, что и мы: от более быстрых машин к большему числу машин, работающих в тандеме, к просто более умным машинам с такими понятиями, как нечеткая логика. Компьютерные технологии во всех областях стремительно продвигаются вперед, и по-прежнему интересно посмотреть, каким будет следующий большой прорыв в развитии компьютеров.

Поделиться сочинением
Ещё сочинения
Нет времени делать работу? Закажите!

Отправляя форму, вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности и обработкой ваших персональных данных.