Организация микропроцессорных систем. Учебное пособие. Могнонов П.Б. - 86 стр.

15 мГц. Чтобы достичь проектных норм меньше 2 мкМ, необходимы перспективные методы
литографии. Применение ультрафиолетовой, электронно-лучевой и рентгеновской
литографии позволило внедрить в практику проектные нормы меньше, чем 1 мкМ. В
настоящее время проектные нормы МП пятого и шестого поколений составляют 0,35 и 0,25
мкМ с плотностью упаковки 36,5 млн. транзисторов (Pentium Pro) с тактовой частотой 200
мГц и выше. Однако этот путь имеет ряд ограничений:
       1. Для определенного уровня технологии обеспечивается определенный уровень
быстродействия элементной базы и как только он оказывается достигнутым, дальнейшее
увеличение быстродействие сопровождается огромными расходами вплоть до достижения
того порога, за которым уже нет технологий, обеспечивающих большее быстродействие;
       2. Более быстродействующие элементы обычно имеют меньшую плотность монтажа,
что, в свою очередь, требуют более длинных соединительных линий и, следовательно,
приводят к увеличению задержек и уменьшению выигрыша в производительности;
       3. Более быстродействующие элементы рассеивают больше тепла, поэтому
требуются специальные меры по теплоотводу, что еще больше снижает плотность. монтажа
и, следовательно, быстродействие.
       На уровне логических схем повышение быстродействия достигается уменьшением
числа логических уровней при реализации комбинационных схем. На данном этапе
конструкторская задача состоит в создании схем с малым числом логических уровней,
которые удовлетворяли бы ограничениям по числу вентилей и их коэффициентам
соединений по входу и выходу.
       Операционный уровень охватывает способы реализации основных операций, таких
как сложение, умножение и деление. Для того чтобы увеличить скорость выполнения этих
операций, необходимо использовать алгоритмы, которые приводили бы к
быстродействующим комбинационным схемам и требовали бы небольшого числа циклов.
Это алгоритмы опережающего просмотра при операциях сложения, сложения с сохраняемым
переносом и записи при матричном умножении, реализации деления в виде цепочки
операций умножения и т.д. Далее быстродействие вычислительных систем может быть
повышено за счет реализации аппаратными или аппаратно-программными средствами
встроенных сложных команд, соответствующих тем или иным функциям. К таким функциям
относятся, например, корень квадратный, сложение векторов, умножение матриц, быстрое
преобразование Фурье и т.д.
       На структурном уровне повышение быстродействия можно достигнуть за счет
сокращения временных затрат при обращениях к памяти. Это достигается, во-первых, в
расширении путей доступа за счет разбиения памяти на модули, обращение к которым
осуществляется      одновременно,     во-вторых,    в   применении     дополнительной
сверхбыстродействующей памяти (КЭШ - памяти) и, наконец, в увеличении числа
внутренних регистров в процессоре. Другим способом повышения быстродействия на этом
уровне является уменьшение длительности исполнения одной команды за счет временного
перекрытия различных ее фаз. Этот подход требует дополнительного оборудования и
зависит от формата команды, поскольку именно им определяется наличие независимых фаз.
       Наконец, программный уровень определяется структурой алгоритма, на основе
которого работает система. На этом уровне основной подход базируется на принципе
параллельной обработки информации. Этот подход отличается от того, который был
реализован в обычной фон-неймановской машине, где команды исполняются строго
последовательно одна за другой. Принцип параллельной обработки приводит к различным
вариантам архитектуры в зависимости от способа, по которому осуществляется задание
очередности следования команд и управление их исполнением.
       Эти подходы касаются аппаратуры, структурной организации и архитектуры систем.
Совершенствование этих направлений осуществляется с целью обеспечения необходимого
ускорения вычислений на программно-аппаратном уровне. На этом уровне существуют два
подхода увеличения скорости вычислений. Первый подход предполагает использование