50
1.3.1 Основные направления развития микропроцессоров
1. Повышение тактовой частоты
Для повышения тактовой частоты при выбранных материалах используются:
• более совершенный технологический процесс;
• увеличение числа слоев металлизации;
• более совершенная схемотехника;
• более плотная компоновка функциональных блоков кристалла.
Уменьшение размеров транзисторов, сопровождаемое снижением напряжения питания
с 5 В до 2,5-3 В и ниже, увеличивает быстродействие и уменьшает выделяемую тепловую энергию.
Производители микропроцессоров перешли с проектных норм 0,35-0,25 мкм на 0,18 мкм и 0,12 мкм
и стремятся использовать уникальную 0,07 мкм технологию. При минимальном размере деталей
внутренней структуры интегральных схем 0,1-0,2 мкм достигается оптимум, ниже которого все
характеристики транзистора быстро ухудшаются. Норма 0,05-0,1 мкм (50-100 нм) — это нижний
предел твердотельной микроэлектроники.
Проблема уменьшения длины межсоединений на кристалле при использовании
традиционных технологий решается путем увеличения числа слоев металлизации.
Компания Cyrix за счет увеличения с 3 до 5 слоев металлизации сократила размер
кристалла на 40%.
Решением задачи уменьшения числа слоев металлизации и уменьшения длины
межсоединений стала технология, использующая медные проводники для межсоединений
внутри кристалла, разработанная фирмой IBM.
2. Увеличение объема и пропускной способности подсистемы памяти
Решением данной проблемы является создание кэш-памяти одного или нескольких
уровней, а также увеличение пропускной способности интерфейсов между процессором и
кэш-памятью путем увеличения частоты работы шины и/или ее ширины.
3. Увеличение количества параллельно работающих устройств
4. Системы на одном кристалле
;
SOC (System On Chip) — системы, выполненные на одном кристалле.
Корпорация IBM в 1999 году смогла реализовать процесс объединения на одном
кристалле логической части микропроцессора и оперативной памяти. В новой технологии
используется конструкция памяти с врезанными ячейками (конденсатор, хранящий заряд,
помещается в некое углубление в кремниевом кристалле). Это позволяет разместить на кристалле
свыше 24 тыс. элементов (почти в 8 раз больше, чем на обычном микропроцессоре
).
Использование данной технологии при создании более мощных и миниатюрных
микропроцессоров помогает создавать компактные, быстродействующие и недорогие
электронные устройства: маршрутизаторы, компьютеры, контроллеры жестких дисков,
сотовые телефоны, игровые и Интернет-приставки.
1.3.2 Система классификации Флинна
В архитектуре многопроцессорных вычислительных систем используют понятие
потока.
;
Поток — это последовательность команд/данных, обрабатываемая процессором.
М. Флинн предложил следующую классификацию:
SISD — одиночный поток команд и данных.
MISD — множественный поток команд и одиночный поток данных.
SIMD — одиночный поток команд и множественный поток данных.
Количество процессоров от 1024 до 16384 выполняют одну и ту же инструкцию
относительно разных данных.
MIMD — множественные потоки команд и данных.
Параллельное выполнение множества подзадач с целью сокращения времени
выполнения основной задачи.
S Архитектура ЭВМ MISD наиболее соответствует конвейерной обработке данных.
S В гарвардской архитектуре вычислительных систем потоки команд и данных