Для высокой производительности достаточно открывать рот шире...
Мы продолжаем серию статей, посвященную широко распространенной архитектуре процессоров x86. Предыдущие статьи тут:
На протяжении десятилетий напряженной борьбы инженеров Intel (и AMD тоже) за рынок процессоров появлялись весьма эффективные решения, позволяющие поднять производительность чипов. На этот раз вашему вниманию представлено одно из таких улучшений, появившейся в процессоре для домашнего компьютера в самом конце 80-х годов.
Процессор 80486
Спустя всего 2 года после выхода в свет процессора 80386 в 1989 году появляется процессор 80486. Это говорит о необходимости догонять инженерную мысль конкурентов.
Несмотря на агрессивное поведение троицы гигантов индустрии информационных технологий (Intel, IBM и Microsoft), много кто еще сопротивлялся и выдавал блестящие инженерные решения. Хотя, большинство решений было уже опробовано ранее на рабочих станциях и компьютерах более тяжелой весовой категории. Intel оставалось только изо всех сил пытаться впихнуть это все на один микрочип.
Кэш память внутри процессора
Особенностью процессора 80486 можно однозначно назвать сверхбыструю память внутри самого процессора. Конечно же, защищенный режим при этом оставался главным преимуществом, но только представьте себе какие преимущества дает доступ к памяти не по 32-бита, как это происходит снаружи процессора, а сразу по 128 (смотрите рисунок ниже). Между кэш-памятью (8 KB Cache) и устройством выборки (Prefetcher) разрядность шины составляет 128 бит.
Таким образом, слово памяти или линия кэша составляет уже 16 байт, да еще плюс ко всему доступ ко внутренней памяти происходит гораздо быстрее на внутренней частоте процессора. Напоминает ли это вам более широко открытый "рот" для ускоренного поглощения инструкций и данных? Мне да, видится именно такая аналогия.
Между кэшем и оперативной памятью перекачка данных происходит по необходимости, а именно тогда, когда нужных данных в кэше нет. Такое состояние диагностируется модулем управления кэша (Cache Unit), который запускает подкачку недостающих данных в свободные или наименее используемые линии кэша (ячейки памяти по 128 бит каждая). Как и в предыдущей модели процессора, данные и инструкции поступают или выгружаются из кэша по 4 байта по линиям D31-D0.
Арифметика чисел с плавающей точкой
Также обратите внимание, что кроме привычного регистрового файла с набором расширенных до 32 бит регистров общего назначения (Register File) и арифметико-логического устройства (ALU) для операций над данными в этих регистрах появляется отдельное устройство для работы с числами в формате с плавающей точкой (FPU) и своими регистрами для хранения чисел такого формата (Floating Point Register File).
Как можно заметить, разрядность регистров данных составляет 80 бит, что хватает для хранения дробных чисел с большой точностью.
Введение в чип специальной логики для работы с числами в формате с плавающей точкой позволило многократно увеличить скорость обработки данных по сравнению с программной эмуляцией этого процесса на регистрах общего назначения и это видно из приведенной ниже таблицы:
Почти во всех случаях (умножение, сложение, деление и проч.) ускорение практически 100 кратное. Необходимо отметить, что ранее аппаратно реализованная реализация операций над числами высокой точности не была обязательной частью настольного компьютера.
Таким образом, если смотреть упрощенно, то увеличение производительности нового члена семейства x86 было достигнуто за счет аппаратной реализации операций с плавающей точкой, а также увеличенным "горлом", потребляющим в единицу времени гораздо больше инструкций и данных, хранящихся в памяти, позволяющей читать и писать в себя с большой скоростью.
Может, упущено что-то важное?
Поддержите статью лайком если понравилось и подпишитесь чтобы ничего не пропускать.
Также не обойдите вниманием канал на YouTube. Подписки и лайки будут приятным ответом от аудитории.