Организация микропроцессорных систем. Учебное пособие. Могнонов П.Б. - 85 стр.

                                       Глава 5

ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ
      СИСТЕМ НА БАЗЕ ПЕРСПЕКТИВНЫХ МИКРОПРОЦЕССОРОВ

       Развитие и совершенствование МП позволяет все в большей степени решать
множество проблем, стоящих пред разработчиками и пользователями средств
вычислительной техники. Наиболее важными среди этих проблем являются создание и
эксплуатация надежных, высокопроизводительных вычислительных систем с минимальными
затратами. Микропроцессорные средства представляют собой техническую базу для
реализации множества оригинальных и эффективных теоретических архитектурных
концепций.
       В основу этих теоретических архитектурных концепций лежит принцип параллельной
обработки информации. Различные виды распараллеливания обработки на внутри
кристальном уровне позволяют значительно увеличить производительность МП.
Дальнейшим шагом повышения производительности вычислительных систем является
распараллеливание вычислительных процессов на системном уровне. Распараллеливание на
этом уровне ведет к росту производительности системы в целом и повышению надежности
за счет применения интегральных схем высокой степени интеграции, которые предполагают
различные виды избыточности.
       Под перспективными микропроцессорами подразумеваются 32-разрядные и выше
микропроцессоры и системы ЭВМ, интегральные процессоры цифровой обработки сигналов,
специализированные МП для решения задач искусственного интеллекта и микропроцессоры,
которые могут быть использованы для построения параллельных вычислительных систем.

                  5.1. Основные направления ускорения вычислений

       Одной из основных задач повышения производительности вычислительных систем
является достижение высокой скорости выполнения программ. Эта цель соответствует как
требованиям пользователей, заинтересованных в наиболее быстром получении результатов
вычислений, так и тому обстоятельству, что быстродействие определяет общее количество
вычислительной работы, которую способна выполнить система за данный отрезок времени.
       Область применения методов достижения высокого быстродействия охватывает все
уровни создания систем. Рассмотрим эти методы с точки зрения уровней описания цифровых
систем, приведенной в первой главе.
       На уровне электрических схем уменьшение времени задержки логического элемента
связано с технологией изготовления сверхбольших ИС (СБИС). Это прямой путь к
увеличению скорости, поскольку, если бы, например, удалось все задержки в машине
сократить в k раз, то это привело бы к увеличению быстродействия в такое же число раз.
       Изготовление современных 32-разрядных и выше МП стало возможным лишь
благодаря появлению СБИС и достижению выхода годных кристаллов, обуславливающего
приемлемость их цен. По мере совершенствования технологических процессов выход
работоспособных МП будет увеличиваться, а их цены должны снижаться. Основным
фактором, определяющим возможность увеличения числа транзисторов на кристалле СБИС,
являются минимальные топологические размеры элементов, называемые также проектными
нормами. Например, в большинстве 32-разрядных МП используются двухмикронная
проектная норма, тогда как в МП предыдущего поколения эта норма составляла 4 мкМ.
Такое различие определяет четырехкратное повышение плотности компоновки
транзисторов. По мере уменьшения проектных норм увеличивается тактовая частота работы
МП. Так, например, если в МП NS 32032 (32-разрядный МП фирмы National Semiconductor)
первоначальные проектные нормы составляли 3,5 мкМ, а максимальная тактовая частота 6
мГц, то после увеличения плотности компоновки кристалла удалось повысить эту частоту до