План
1. Реалізаціясуперскалярної обробки в Athlon64.
2. SpeedFan 4.27/ тестування температури CPU, HHD, швидкості кулерів.
1.Подуктивність і розрядністьзовнішньої шини даних є основними характеристиками центрального процесора, щовизначають швидкодію, з якою дані передаються в процесор або з нього.
Коли говорять прошину процесора, найчастіше мають на увазі шину даних, представлену як набір з'єднань (або виводів) дляпередачі або прийому даних. Чим більше сигналів одночасно поступає на шину, тимбільше за дані передається по ній за певний інтервал часу і тим швидше вонапрацює. Розрядність шини даних подібна до кількості смуг руху на швидкіснійавтомагістралі; точно так, як і збільшення кількості смуг дозволяє збільшитипотік машин по трасі, збільшення розрядності дозволяє підвищити продуктивність.
Дані в комп'ютеріпередаються у вигляді цифр через однакові проміжки часу. Для передачіодиничного біта даних в певний часовий інтервал посилається сигнал напругивисокого рівня, а для передачі нульового біта даних — сигнал напруги низькогорівня (біля Про В). Чим більше ліній, тим більше бітів можна передати за один ітой же час. Сучасні процесори типу Pentium мають 64-розрядні зовнішні шини даних. Це означає, щопроцесори Pentium, включаючи Pentium 4, Athlon ХР, Athlon 64 і навіть Itanium/Itanium2, можуть передавати в системну пам'ять (або отримувати з неї) одночасно 64битий (8 байт) даних.
Уявімо собі, щошина — це автомагістраль з рухомими по ній автомобілями. Якщо автомагістральмає всього по одній смузі рухи в кожну сторону, то по ній в одному напрямі впевний момент часу може проїхати тільки одна машина. Якщо ви хочете збільшитипропускну спроможність дорогі, наприклад, удвічі, вам доведеться її розширити,додавши ще по одній смузі руху в кожному напрямі. Таким чином, 8-розряднумікросхему можна представити у вигляді однополосной автомагістралі, оскільки в кожен момент часу по нійпроходить тільки один байт даних (один байт рівний восьми бітам). Аналогічноцьому, 32-розрядна шина даних може передавати одночасно чотири байтиінформації, а 64-розрядна подібна до швидкісної автостради з вісьма смугамируху.
Розрядність шиниданих процесора визначає також розрядність банку пам'яті. Це означає, що32-розрядний процесор, наприклад класу 486, прочитує з пам'яті або записує впам'ять 32 битий одночасно. Процесори класу Pentium, включаючи PentiumIII, Celeron, Pentium 4, Athlon XP і Duron, а також 64-розрядні процесори Itanium і Athlon 64 прочитують з пам'яті або записують в пам'ять 64 битийодночасно.
Оскількистандартні 72-контактні модулі пам'яті SIMM мають розрядність, рівну всього лише 32, в більшості систем класу 486встановлюють по одному модулю, а в більшості систем класу Pentium — по два модулі одночасно.Розрядність модулів пам'яті DIMM рівна64, тому в системах класу Pentiumвстановлюють по одному модулю, що полегшує процес конфігурації системи,оскільки ці модулі можна встановлювати або видаляти поодинці. Кожен модуль DIMM має таку ж продуктивність, як іцілий банк пам'яті в системах Pentium.
Починаючи з 2003року класичні принципи додавання модулів пам'яті DIMM почали мінятися, оскільки з'явилися двохканальні наборимікросхем Intel 865/785 для процесорів Pentium 4/Celeron 4 і перші набори мікросхемдля Athlon 64. В цілях підвищенняпродуктивності пам'яті для цих і більшості інших, якщо не всіх, наборівмікросхем буде потрібно установку ідентичних пар модулів пам'яті DIMM.
Модулі пам'яті RIMM (RambusInline MemoryModules) в деякому роді унікальні,оскільки використовують власний набір інструкцій. Ширина каналу пам'яті досягає16 або 32 битий. Залежно від типу використовуваного модуля і набору мікросхемсистемної логіки, модулі встановлюються окремо або попарно.
Шина адреси
Шина адреси єнабором провідників; по ним передається адреса елементу пам'яті, в яку або зякої пересилаються дані. Як і в шині даних, по кожному провідникові передаєтьсяодин біт адреси, відповідний одній цифрі в адресі. Збільшення кількостіпровідників (розрядів), використовуваних для формування адреси, дозволяєзбільшити кількість осередків, що адресуються. Розрядність шини адреси визначаємаксимальний об'єм пам'яті, що адресується процесором.
Уявіть собінаступне. Якщо шина даних порівнювалася з автострадою, а її розрядність — зкількістю смуг руху, то шину адреси можна асоціювати з нумерацією будинків абовулиць. Кількість ліній в шині еквівалентно кількості цифр в номері будинку.Наприклад, якщо на якійсь гіпотетичній вулиці номера будинків не можутьскладатися більш ніж з двох цифр (десяткових), то кількість будинків на ній неможе бути більше ста (від 00 до 99),тобто 102. При тризначних номерах кількість можливих адрес зростає до 103 (від000 до 999) і так далі.
У комп'ютерахзастосовується двійкова система числення, тому при двохрозрядній адресаціїможна вибрати тільки чотири осередки (з адресами 00, 01, 10 і 11), тобто 22,при трьохрозрядній — вісім (від 000 до 111), тобто 2J. Наприклад, в процесорах 8086 і 8088використовується 20-розрядна шина адреси, тому вони можуть адресувати 22° (1 048 576) байт, або 1 Мбайтпам'яті. Об'єми пам'яті, що адресується процесорами Intel, приведені в табл. 3.3.
Шини даних іадреси незалежні, і розробники мікросхем вибирають їх розрядність на свійрозсуд, але, ніж більше розрядів в шині даних, тим більше їх і в шині адреси.Розрядність цих шин є показником можливостей процесора: кількість розрядів вшині даних визначає здатність процесора обмінюватися інформацією, а розрядністьшини адреси — об'єм пам'яті, з яким він може працювати.
Внутрішні регістри
Кількість бітівданих, які може обробити процесор за один прийом, характеризується розрядністювнутрішніх регістрів. Регістр — це, по суті, елемент пам'яті усерединіпроцесора; наприклад, процесор може складати числа, записані в двох різнихрегістрах, а результат зберігати в третьому регістрі. Розрядність регістравизначає кількість розрядів оброблюваних процесором даних, а такожхарактеристики програмного забезпечення і команд, що виконуються чіпом.Наприклад, процесори з 32-розрядними внутрішніми регістрами можуть виконувати32-розрядні команди, які обробляють дані 32-розрядними порціями, а процесори з16-розрядними регістрами цього робити не можуть. У більшості всіх сучаснихпроцесорів внутрішні регістри є 32-розрядними. Процесори Itanium і Athlon 64 мають 64-розрядні внутрішні регістри, які необхідні дляповнішого використання функціональних можливостей нових версій операційнихсистем і програмного забезпечення.
У деяких дужестарих процесорах розрядність внутрішньої шини даних (а шина складається зліній передачі даних і регістрів) перевищує розрядність зовнішньої. Наприклад,в процесорах 8088 і 386SX розрядність внутрішньої шинитільки удвічі більше розрядності зовнішньої шини. Такі процесори (їх частоназивають половинчастими або гібридними) зазвичай є дешевшими варіантамипочаткових. Наприклад, в процесорі 386SX внутрішні операції 32-розрядні, а зв'язок із зовнішнім світом здійснюєтьсячерез 16-розрядну зовнішню шину. Це дозволяє розробникам проектувати відноснодешеві системні плати з 16-розрядною шиною даних, зберігаючи при цьомусумісність з 32-розрядним процесором 386.
Якщо розрядністьвнутрішніх регістрів більше розрядності зовнішньої шини даних, то для їхповного завантаження необхідно декілька циклів прочитування. Наприклад, впроцесорах 386DX і 386SX внутрішні регістри 32-розрядні, алепроцесору 386SX для їх завантаженнянеобхідно виконати два цикли прочитування, а процесору 386DX достатньо одного. Аналогічнопередаються дані від регістрів до системної шини.
У процесорах Pentium шина даних 64-розрядна, а регістри32-розрядні. Така побудова на перший погляд здається дивною, якщо невраховувати, що в цьому процесорі для обробки інформації служать два32-розрядні паралельні конвеєри. Pentium багато в чому подібний до двох 32-розрядних процесорів,об'єднаних в одному корпусі, а 64-розрядна шина даних дозволяє швидше заповнитиробочі регістри. Архітектура процесора з декількома конвеєрами називаєтьсясуперскалярною.
Сучасні процесоришостого покоління, наприклад PentiumHI/4 і Athlon XP, мають цілих шість внутрішніх конвеєрів для команд, що виконуються. Хочадеякі з вказаних внутрішніх конвеєрів спеціалізовані (тобто призначені длявиконання спеціальних функцій), ці процесори можуть все ж таки виконувати шість(Pentium 4) або дев'ять (Athlon XP) командза один цикл.
Режими процесора
Всі 32-розрядні іпізніші процесори Intel, починаючи з 386-го, можутьвиконувати програми в декількох режимах. Режими процесора призначені длявиконання програм в різних середовищах; у різних режимах можливості чіпанеоднакові, тому що команди виконуються по-різному. Залежно від режимупроцесора змінюється схема управління пам'яттю системи і завданнями.
Процесори можутьпрацювати в трьох режимах: реальному, захищеному і віртуальному реальномурежимі (реальному усередині захищеного).
Реальний режим
У первинному IBM РС використовувався процесор 8088,який міг виконувати 16-розрядні команди, застосовуючи 16-розрядні внутрішнірегістри, і адресувати тільки 1 Мбайт пам'яті, використовуючи 20 розрядів дляадреси. Все програмне забезпечення РС спочатку було призначене для цьогопроцесора; воно було розроблене на основі 16-розрядної системи команд і моделіпам'яті об'ємом 1 Мбайт. Наприклад, DOS, все програмне забезпечення DOS, Windows від 1 х до Зл: і всізастосування для Windows від 1 х до 3х написані з розрахунку на 16-розряднікоманди. Ці 16-розрядні операційні системи і додатки були розроблені для виконанняна первинному процесорі 8088.
Пізнішіпроцесори, наприклад 286, могли також виконувати ті ж самі 16-розрядні команди,що і первинний 8088, але набагато швидше. Іншими словами, процесор 286 бувповністю сумісний з первинним 8088 і міг виконувати всі 16-розрядні програмиточно так, як і 8088, але, звичайно ж, значно швидше. Шестнадцатіразряднийрежим, в якому виконувалися команди процесорів 8088 і 286, був названийреальним режимом. Всі програми, що виконуються в реальному режимі, повиннівикористовувати тільки 16-розрядні команди, 20-розрядні адреси і підтримуватисяархітектурою пам'яті, розрахованої на ємкість до 1 Мбайт. Для програмногозабезпечення цього типу зазвичай використовується однозадачний режим, тобтоодночасно може виконуватися тільки одна програма. Немає ніякого вбудованогозахисту для запобігання перезапису елементів пам'яті однієї програми або навітьопераційної системи іншою програмою; це означає, що при виконанні декількохпрограм цілком можуть бути зіпсовані дані або код однієї з них, а це можепривести всю систему до краху (або останову).
Захищений режим
Першим32-розрядним процесором, призначеним для РС, був 386-й. Цей чіп міг виконуватиабсолютно нову 32-розрядну систему команд. Щоб повністю використовуватиперевагу 32-розрядної системи команд, були необхідні 32-розрядна операційнасистема і 32-розрядні застосування. Цей новий режим називався захищеним,оскільки виконувані в нім програми захищені від перезапису своїх областейпам'яті іншими програмами. Такий захист робить систему надійнішою, оскількижодна програма з помилками вже не зможе так легко пошкодити інші програми абоопераційну систему. Крім того, програму, «потерпілу крах», можнадосить просто завершити без збитку для всієї системи.
Знаючи, щорозробка нових операційних систем і додатків, що використовують переваги32-розрядного захищеного режиму, займе якийсь час, Intel передбачила в процесорі 386 назадсумісний реальний режим. Завдяки цьому процесор 386 міг виконуватинемодифіковані 16-розрядні застосування. Причому вони виконувалися набагатошвидше, ніж на будь-якому процесорі попереднього покоління.Для більшостікористувачів цього було досить; їм не було потрібне все 32-розрядне програмнезабезпечення — достатньо було того, щоб 16-розрядні програми, що були у них,працювали швидше. На жаль, через це процесор ніколи не працював в 32-розрядномузахищеному режимі і всі можливості такого режиму не використовувалися.
Коливисокопродуктивний процесор, подібний Pentium 4, працює в реальному режимі, він нагадує «Turbo 8088». Слово «Turbo» означає, що процесор маєперевагу в швидкодії при виконанні 16-розрядних програм, хоча він можевиконувати тільки 16-розрядні команди і звертатися до пам'яті в межах все тогож 1 Мбайт, передбаченого картою пам'яті процесора 8088. Тому, навіть якщо у вассистема з Pentium 4 або Athlon XP іоперативною пам'яттю ємкістю 256 Мбайт, при виконанні Windows 3x або DOS насправді використовується тількиперший мегабайт пам'яті, а останні 127 практично не застосовуються!
У зв'язку з цимбуло потрібно нові операційні системи і додатки, які б могли використовувативсі переваги сучасних процесорів в 32-розрядному захищеному режимі. Проте деякікористувачі спочатку чинили опір усіляким спробам переходу до 32-розрядногосередовища. Співтовариство користувачів виявилося вельми стійким в своїх привязанностях і не бажало змінювати звичок. Я,признаюся, був одним з них!
Із-за опорукористувачів, 32-розрядні операційні системи, такі, як Unix і її різновиди (наприклад, Linux), OS/2 і навіть Windows NT/2000/XP, розповсюджувалися наринку персональних комп'ютерів досить мляво. З перерахованих систем Windows XP сталапо-справжньому широко поширеним програмним продуктом багато в чому завдякивеличезній популярності Windows 95/98/Ме (змішані16/32-разрядные системи).
Останньою повністю16-розрядною операційною системою була Windows серії Зx. Хоча насправді вона працювала як надбудова DOS.
Такі 64-розрядніпроцесори, як Itanium і AMD Opteron,призначені для використання в могутніх промислових серверах, тоді як процесор Athlon 64 створений безпосередньо длянастільних систем. Обидва процесори сумісні зі всім існуючим 32-розряднимпрограмним забезпеченням. Але для того, щоб скористатися властивостямипроцесора в повному об'ємі, буде потрібно повноцінні 64-розрядні операційнісистеми і додатки. Microsoft вже випустила 64-розрядніверсії операційної системи Windows XP, тоді як різними компаніямистворюються 64-розрядні застосування для серверів і робочих станцій.
Віртуальний реальний режим
Для зворотноїсумісності 32-розрядна система Windowsвикористовує третій режим в процесорі — віртуальний реальний режим. По суті, цережим виконання 16-розрядного середовища (реальний режим), реалізованийусередині 32-розрядного захищеного режиму (тобто віртуально, а не реально).Виконуючи команди у вікні підказки DOS усередині Windows, ви створюєте віртуальнийсеанс реального режиму. Оскільки захищений режим є достовірно багатозадачним,фактично можна виконувати декілька сеансів реального режиму, причому в кожномусеансі власне програмне забезпечення працює на віртуальному комп'ютері. І всіці застосування можуть виконуватися одночасно, навіть під час роботи інших32-розрядних програм.
Звернете увагу нате, що будь-яка програма, що виконується у віртуальному вікні реального режиму,може звертатися тільки до пам'яті об'ємом до 1 Мбайт, причому для кожної такоїпрограми це буде перший і єдиний мегабайт пам'яті в системі. Іншими словами,якщо ви виконуєте додаток DOS увіртуальному реальному вікні, йому буде доступна пам'ять тільки об'ємом до 640Кбайт. Так відбувається тому, що є тільки 1 Мбайт загальної оперативної пам'ятів 16-розрядному середовищі, а верхні 384 Кбайт зарезервовано для системи.Віртуальне реальне вікно повністю імітує середовище процесора 8088, і, якщо невраховувати швидкодію, програмне забезпечення виконуватиметься так, як воновиконувалося першим РС в реальному режимі. Кожна віртуальна машина отримуєвласний 1 Мбайт адресного простору і власний екземпляр реальних апаратних подпро грам управління апаратурою (базовусистему введення-виводу), причому при цьому емулюються всі регістри іможливості реального режиму.
Віртуальнийреальний режим використовується при виконанні 16-розрядних програм у вікні DOS. При запуску додатку DOS операційна система Windows створює віртуальну машину DOS, на якій це застосування можевиконуватися.
Важливовідзначити, що всі процесори Intel (атакож AMD і Cyrix) при включенні живлення починаютьпрацювати в реальному режимі. При завантаженні 32-розрядна операційна системаавтоматично перемикає процесор в 32-розрядний режим і управляє їм в цьомурежимі.
Деякі додатки DOS і Windows Зx- поводяться непередбаченим чином, тобто роблять речі, якіне підтримуються навіть у віртуальному реальному режимі. Діагностичне програмнезабезпечення — прекрасний тому приклад: воно коректно не працюватиме у вікніреального режиму (віртуального реального) під управлінням Windows. Щоб на Pentium 4 запустити таке програмнезабезпечення в первинному спрощеному режимі, необхідно перервати процеспочаткового завантаження системи і просто завантажити DOS. Це можна виконати в Windows 9х (виключаючи Windows Me),натискаючи клавішу , коли на екраніз'являється підказка Starting Windows… Потім, коли з'явиться завантажувальне меню, в німпотрібно вибрати команду завантаження простій 16-розрядної операційної системиреального режиму DOS. Краще всього вибрати Safe mode command prompt,якщо ви збираєтеся використовувати діагностичні процедури (зазвичай невиконувані в захищеному режимі), які повинні бути запущені з мінімумомдрайверів і іншого програмного забезпечення.
Операційнасистема Windows Me створювалася, як ви знаєте, на основі Windows 98. Намагаючись відучити користувачів від 16-розрядногорежиму роботи, Microsoft видалила опціюзавантажувального меню (Startup). Операційні системи Windows NT/2000/XP також позбавленіможливості перервати завантаження так само. Для запуску комп'ютера в режимі DOS доведеться створити завантажувальнийдиск, який і потім використовуватиметься для завантаження системи в реальномурежимі. Як правило, цей режим потрібний для певного технічного обслуговування,зокрема для виконання апаратної діагностики або безпосереднього редагуваннясекторів диска.
Хоча реальнийрежим використовується DOS і «стандартними»додатками DOS, є спеціальні програми, які«розширюють» DOS і дозволяють доступ дододаткової пам'яті XMS (понад1 Мбайт). Вони іноді називаються розширювачами DOS і зазвичай включаються як частина програмного забезпечення DOS або Windows Зx, в якому використовуються. Протокол, що описує, яквиконувати DOS в захищеному режимі,називається DPMI (DOS protected mode interface— інтерфейс захищеного режиму DOS).
Цей протоколвикористовувався в Windows Зx для звернення дододаткової пам'яті XMS при роботі додатків для Windows 3х. Він дозволяв 16-розряднимзастосуванням використовувати пам'ять, що перевищує 1 Мбайт. Розширювачі DOS особливо часто застосовуються віграх DOS; саме завдяки ним ігровапрограма може використовувати об'єм пам'яті, набагато стандартний (1 Мбайт), щоперевищує, до якого можуть адресуватися більшість програм, що працюють вреальному режимі. Ці розширювачі DOS перемикають процесор в реальний режим і назад, а у разі запуску підуправлінням Windows застосовують інтерфейс DPMI, вбудований в Windows, і тим самим дозволяють іншимпрограмам спільно використовувати частину додаткової пам'яті XMS системи.
Є ще одневиключення: перші 64 Кбайт додаткової пам'яті в реальному режимі доступніпрограмам. Це результат помилки в першому комп'ютері IBM AT,пов'язаною з 21-ою лінією адреси пам'яті (А20, оскільки АТ — перший рядокадреси). Управляючи сигналом на лінії А20, програмне забезпечення реальногорежиму може діставати доступ до перших 64 Кбайт додаткової пам'яті — це перші64 Кбайт пам'яті, наступні за першим мегабайтом. Ця область пам'яті називаєтьсяобластю верхніх адрес пам'яті (high memory area —НМЛ).
2. SpeedFan 4.27 – цебезкоштовна програма, яка дозволяє контролювати температуру і швидкість обертіввентиляторів (кулерів) в системі. Програма працює практично зі всіма чіпамимоніторингу, а також дозволяє змінювати швидкість обертів вентиляторів взалежності від температури в середині корпуса комп’ютера.
SpeеdFan 4.27також може показувати S.M.A.R.T. інформацію о тих жорстких дисках, якіпідтримують цю функцію і показує температуру цих жорстких дисків.
/>
Використаналітература:
1. ЗлобінГ.Г., Рикалюк Р.Є. Архітектура та апаратне забезпечення ПЕОМ: Навч. посіб. –К.: Каравела, 2006
2. УгрюмовЕ.П. Цифровая схемотехника. — СПб.: БХВ — Петербург, 2001