Способность выполнения нескольких машинных инструкций за один такт процессора путем увеличения числа исполнительных устройств. Появление этой технологии привело к существенному увеличению производительности, в то же время существует определенный предел роста числа исполнительных устройств, при превышении которого производительность практически перестает расти, а исполнительные устройства простаивают. Частичным решением этой проблемы являются, например, технология Hyper-threading.
Гарвардская архитектура
Гарвардская архитектура отличается от архитектуры фон Неймана тем, что программный код и данные хранятся в разных областях памяти. В такой архитектуре невозможны многие методы программирования (например, программа не может во время выполнения менять свой код; невозможно динамически перераспределять память между программным кодом и данными); зато гарвардская архитектура позволяет более эффективно выполнять работу в случае ограниченных ресурсов, поэтому она часто применяется во встраиваемых системах.
Параллельная архитектура
Архитектура фон Неймана обладает тем недостатком, что она последовательная. Какой бы огромный массив данных ни требовалось обработать, каждый его байт должен будет пройти через центральный процессор, даже если над всеми байтами требуется провести одну и ту же операцию. Этот эффект называется узким горлышком фон Неймана.
Для преодоления этого недостатка предлагались и предлагаются архитектуры процессоров, которые называются параллельными. Параллельные процессоры используются в суперкомпьютерах.
Возможными вариантами параллельной архитектуры могут служить (по классификации Флинна):
- SISD — один поток команд, один поток данных;
- SIMD — один поток команд, много потоков данных;
- MISD — много потоков команд, один поток данных;
- MIMD — много потоков команд, много потоков данных.
Hyper-threading
В процессорах с использованием технологии Hyper-threading каждый физический процессор может хранить состояние сразу двух потоков, что для операционной системы выглядит как наличие двух логических процессоров. Физически, у каждого из логических процессоров есть свой набор регистров и контроллер прерываний, а остальные элементы процессора являются общими. Когда при исполнении потока одним из логических процессоров возникает пауза (в результате кэш-промаха, ошибки предсказания ветвлений, ожидания результата предыдущей инструкции), то управление передаётся потоку в другом логическом процессоре. Таким образом, пока один процесс ожидает, например, данные из памяти, вычислительные ресурсы физического процессора используются для обработки другого процесса.
CISC-процессоры
Complex instruction set computer — вычисления со сложным набором команд. Процессорная архитектура, основанная на усложнённом наборе команд. Типичными представителями CISC являются микропроцессоры семейства x86 (хотя уже много лет эти процессоры являются CISC только по внешней системе команд: в начале процесса исполнения сложные команды разбиваются на более простые микрооперации (МОП), исполняемые RISC-ядром).
RISC-процессоры
Reduced instruction set computer — вычисления с упрощённым набором команд (в литературе слово reduced нередко ошибочно переводят как «сокращённый»). Архитектура процессоров, построенная на основе упрощённого набора команд, характеризуется наличием команд фиксированной длины, большого количества регистров, операций типа регистр-регистр, а также отсутствием косвенной адресации. Концепция RISC разработана Джоном Коком из IBM Research, название придумано Дэвидом Паттерсоном (David Patterson).
Упрощение набора команд призвано сократить конвейер, что позволяет избежать задержек на операциях условных и безусловных переходов. Однородный набор регистров упрощает работу компилятора при оптимизации исполняемого программного кода. Кроме того, RISC-процессоры отличаются меньшим энергопотреблением и тепловыделением.
Среди первых реализаций этой архитектуры были процессоры MIPS, PowerPC, SPARC, Alpha, PA-RISC. В мобильных устройствах широко используются ARM-процессоры.
MISC-процессоры
Minimum instruction set computer — вычисления с минимальным набором команд. Дальнейшее развитие идей команды Чака Мура, который полагает, что принцип простоты, изначальный для RISC-процессоров, слишком быстро отошёл на задний план. В пылу борьбы за максимальное быстродействие, RISC догнал и перегнал многие CISC процессоры по сложности. Архитектура MISC строится на стековой вычислительной модели с ограниченным числом команд (примерно 20-30 команд).
VLIW-процессоры
Very long instruction word — сверхдлинное командное слово. Архитектура процессоров с явно выраженным параллелизмом вычислений, заложенным в систему команд процессора. Являются основой для архитектуры EPIC. Ключевым отличием от суперскалярных CISC-процессоров является то, что для них загрузкой исполнительных устройств занимается часть процессора (планировщик), на что отводится достаточно малое время, в то время как загрузкой вычислительных устройств для VLIW-процессора занимается компилятор, на что отводится существенно больше времени (качество загрузки и, соответственно, производительность теоретически должны быть выше). Примером VLIW-процессора является Intel Itanium.
Материнские платы.
М.П. - сложная многослойная печатная плата, являющаяся основой построения вычислительной системы (компьютера). В некоторых сложных электронных приборах и устройствах (коммуникатор, планшет) основная (наибольшая, наиболее значимая) плата устройства также может называться материнской или системной.
В качестве основных (несъёмных) частей материнская плата имеет разъём процессора, микросхемы чипсета, загрузочного ПЗУ, контроллеров шин и интерфейсов ввода-вывода и периферийных устройств. ОЗУ в виде модулей памяти устанавливаются в специально предназначенные разъёмы; в слоты расширения устанавливаются карты расширения.
Дополнительная система охлаждения и периферийные устройства монтируются внутри шасси, в совокупности формируя системный блок компьютера.
Ещё в середине прошлого века, платы компьютера содержали до двух сотен микросхем. Материнская плата, формирующая основу вычислительной системы современного компьютера общего назначения, содержат две основные большие микросхемы:
Северный мост - это системный контроллер, являющийся одним из элементов чипсета материнской платы, отвечающий за работу с оперативной памятью (RAM), видеоадаптером и процессором (CPU). Северный мост отвечает за частоту системной шины, тип оперативной памяти и ее максимально возможный объем. Одной из основных функций северного моста является обеспечение взаимодействия системной платы и процессора, а также определение скорости работы. Частью северного моста во многих современных материнских платах является встроенный видеоадаптер. Таким образом, функциональная особенность северного моста являет собой еще и управление шиной видеоадаптера и ее быстродействием. Также северный мост обеспечивает связь всех вышеперечисленных устройств с южным мостом.
Южный мост - это функциональный контроллер, известен как контроллер ввода-вывода или ICH (In/Out Controller Hub). Отвечает за так называемые "медленные" операции, к которым относится отработка взаимодействия между интерфейсами IDE, SATA, USB, LAN, Embeded Audio и северным мостом системы, который, в свою очередь, напрямую связан с процессором и другими важными компонентами, такими как оперативная память или видеоподсистема. Также южный мост отвечает за обработку данных на шинах PCI, PCIe. Также южный мост отвечает за SM шину (которая используется для управления вентиляторами на плате), DMA-контроллер, IRQ-контроллер, системные часы, BIOS, системы энергообеспечения.
От микросхем чипсета зависят возможности работы установленных в вычислительной системе процессора внешних устройств (видеокарты, винчестера и др.)
Форм-фактор материнской платы - стандарт, определяющий размеры материнской платы для компьютера, места её крепления к шасси; расположение на ней интерфейсов шин, портов ввода-вывода, разъёма процессора, слотов для оперативной памяти, а также тип разъема для подключения блока питания.
Форм-фактор (как и любые другие стандарты) носит рекомендательный характер. Спецификация форм-фактора определяет обязательные и опциональные компоненты. Однако подавляющее большинство производителей предпочитают соблюдать спецификацию, поскольку ценой соответствия существующим стандартам является совместимость материнской платы и стандартизированного оборудования (периферии, карт расширения) других производителей (что имеет ключевое значение для снижения стоимости владения).
- Современные и массово применяемые форматы: ATX; microATX.
- Внедряемые форматы: Mini-ITX, MicroBTX.
Существуют материнские платы, не соответствующие никаким из существующих форм-факторов. Это принципиальное решение производителя, обусловленное желанием создать на рынке несовместимый с существующими продуктами «бренд» и эксклюзивно производить к нему периферийные устройства и аксессуары.