З міст

Постановка завдання 3

Архітектура Nehalem 4

Вбудований контролер пам'яті 9

Трирівнева ієрархія кеша 10

TLB (Translation lookaside buffer) 13

Оптимізований доступ до пам'яті (Unaligned Memory Access) 14

Технічні характеристики процесорів Intel (Nehalem) 18

Core i3 18

Основные технические параметры Core i3 18

Модельный ряд 19

Core i5 20

Основные технические параметры Core i5 21

Модельный ряд 22

Core i7 23

Основные технические параметры Core i7 24

Модельный ряд 25

Організація віртуальної пам’яті 26

Virtualization Technology (VT) 26

Організація віртуальної пам’яті 26

Важливість віртуалізації системи введення / виводу 26

Опис технології Intel ® Virtualization 27

Зміна адрес та ізоляція 27

Використання зміни адрес для прямого призначення 29

Список літератури 32

В ступ

Політика компанії Intel у відношенні до настільних процесорів полягає в щорічному поновленні продуктової лінійки. Це здійснюється двома способами - переходом на новий технологічний процес та зміною архітектури. В 2008 році підійшла черга зміни архітектури і Intel представила свою останню розробку - Nehalem.

Перед нами чергова революційна платформа, яка может підняти планку продуктивності на ще більший рівень. Nehalem - нова мікроархітектура для процесорів Bloomfield у виконанні LGA 1366, а також для процесорів Lynnfield у виконанні LGA 1156. Мікропроцесори продаються під торговою маркою Core i7 і Core i5.

Технологія обробки віртуальної пам’яті в процесорах розроблена для багатозадачних операційних систем. При використанні даної технології для кожної програми використовуються незалежні схеми адресації пам'яті, які відображаються тим або іншим способом на фізичні адреси в пам'яті ЕОМ. Дозволяє збільшити ефективність використання пам'яті декількома одночасно працюючими програмами, організувавши безліч незалежних адресних просторів і забезпечити захист пам'яті між різними додатками. Також дозволяє програмісту використовувати більше пам'яті, ніж встановлено в комп'ютері, за рахунок відкачування не використовуваних сторінок на вторинне сховище (див. Підкачка сторінок).

При використанні віртуальної пам'яті спрощується програмування, так як програмісту більше не потрібно враховувати обмеженість пам'яті, або погоджувати використання пам'яті з іншими додатками. Для програми виглядає доступним і безперервним все допустиме адресний простір, поза залежністю від наявності в ЕОМ відповідного обсягу ОЗУ.

П остановка завдання

Тема моєї курсової роботи «Організація віртуальної пам’яті в процесорах сімейства Nehalem». Для більш детального розгляду цієї теми необхідно розглянути такі питання.

Питання для розгляду:

1.Архітектура Intel Core i (Nehalem)

1.1 Особливості архітектури

2.Технічні характеристики процесорів

2.1 Intel Core i3

2.2 Intel Core i5

2.3 Intel Core i7

3.Організація віртуальної пам’яті в процесорах Intel

Загальна частина

Архітектура Nehalem

Корпорація Intel уперше представила мікроархітектуру Nehalem в листопаді 2008 року. Процесори грунтувалися на мікроархітектурі Nehalem, вироблялися за технологією - 45 нм, містили 731 млн. транзисторів у ядрі, три рівня КЕШ-пам'яті (L3 КЕШ - 8 Мб, з технологією Smart Cache), вбудований контролер пам'яті, що підтримує пам'ять DDR3-800/1066 до 24 Гб, і встановлювалися в роз'єм LGA 1366. Працювали на тактовій частоті - 2,67-3,33 ГГц (з технологією Turbo Boost 2,93 - 3,6 ГГц), з шиною QPI.

У процесорах використовувалися технології та набори інструкцій: MMX, SSE, SSE2, SSE3, SSSE3, SSE4.1, SSE4.2, Enhanced Intel SpeedStep Technology, Intel 64, XD bit, Intel VT-x, Hyper-threading, Turbo Boost, Smart Cache.

Це були перші процесори, створені на основі нової мікроархітектури Nehalem. В процесори було внесено цілий ряд принципових змін. По-перше, було розроблено нове обчислювальне ядро, що базується на обчислювальному ядрі Core, але з низкою змінених або оптимізованих блоків, і на новій системній шині, в сукупності дозволили ядер процесора безпосередньо обмінюватися даними між собою. При цьому максимальна пропускна здатність системної шини становила 25.6 Гб в секунду.

По-друге, в процесори був інтегрований трьохканальний контролер пам'яті, що дозволяє значно підняти продуктивність, за рахунок скорочення затримок, пов'язаних з роботою з пам'яттю.

По-третє, серйозної переробки піддалася КЕШ-пам'ять. В результаті, КЕШ-пам'ять другого рівня стала індивідуальною для кожного ядра, і її обсяг зменшився до 256 Кб, а КЕШ-пам'ять третього рівня стала загальною для всіх ядер, при цьому за допомогою технології Smart Cache розмір КЕШ-пам'яті третього рівня, відведеної конкретному ядру, змінювався, залежно від навантаження на ядро.

Був ще цілий ряд менш принципових змін. У сукупності всі інновації дозволили значно підняти продуктивність процесора навіть без зміни тактової частоти, яка також була немаленькою і досягала 3,33 ГГц, а з технологією Turbo Boost, що дозволяє короткочасно, при підвищенні навантаження на ядро, підвищувати тактову частоту, досягала 3,6 ГГц . В цій архітектурі були використані різні сучасні інновації, що забезпечують рекордне підвищення продуктивності, поліпшення енергозбереження та підвищення швидкодії при роботі в багатозадачному середовищі.

Розібравшись з тим, які технології забезпечують підвищення продуктивності процесорів Intel Core i7, можна переходити до знайомства зі структурною схемою (рисунок 2.1), на якій відображені логічні особливості обробки даних.

Рисунок 1 Архітектура Nehalem. Особливості обробки даних

Архітектура Intel Core передбачає симетричний декодер 4-4-4-4, тобто кожен з чотирьох каналів декодера може декодувати інструкції, що породжують до чотирьох мікрооперацій.

Більшість команд при декодуванні розбивається на дві-три мікрооперацій, однак зустрічаються і такі команди, для декодування яких потрібні були б десятки і навіть сотні мікрооперацій. Для цих цілей використовується спеціальна ROM-пам'ять (uCode ROM), в якій зберігаються програми, що складаються з послідовності мікрооперацій, причому кожна така програма відповідає одній декодованому інструкції.

Після процесу декодування команд починається етап їх виконання. Спочатку відбувається перейменування і розподіл додаткових регістрів процесора (Allocate & Rename), які не визначені архітектурою набору команд. Перейменування регістрів дозволяє домогтися їх безконфліктного існування.

На наступному етапі (Retirement Unit (ReOrder Buffer)) відбувається переупорядкування мікрооперацій не в порядку їх надходження (out of order) з тим, щоб згодом можна було реалізувати їх паралельне виконання на виконавчих блоках.

Далі відбувається планування та розподіл мікрооперацій за виконавчими блокам. Планувальник (Scheduler) формує черги мікрооперацій, в результаті чого мікрооперацій потрапляють на один з п'яти портів функціональних пристроїв (dispatch ports). Цей процес називається диспетчеризацією (Dispatch), а самі порти виконують функцію шлюзу до функціональних пристроїв.

Після того як мікрооперацій пройдуть порти диспетчеризації, вони завантажуються в блок регістрів для подальшого виконання.

В архітектурі Intel Core є три порти ALU для операцій з плаваючою комою (Float Point) (FMUL / FPMove, FADD / FPMove, Branch / FPMove), а також по одному порту для запису (Store) і вивантаження (Load) даних з пам'яті.

Крім арифметико-логічних та адресних функціональних пристроїв, в кожному процесорі є також пристрої завантаження і вивантаження (Store / Load), які здійснюють доступ до кешам даних і до оперативної пам'яті. Ці пристрої працюють асинхронно з іншими, і їх звичайно не зображують на блок-схемах.

Логічно дані пристрої зв'язані з пристроями обчислення адрес читання / запису (AGU). Пристрої завантаження і вивантаження конвеєризовані і можуть одночасно обслуговувати велику кількість запитів. Вони також здійснюють попередню вибірку з оперативної пам'яті (копіювання в кеші тих даних, використання яких очікується найближчим часом).

Процес безпосереднього виконання мікрооперацій у виконавчих пристроях відбувається на подальших ступенях конвеєра. Ефективна довжина конвеєра в архітектурі Intel Core становить 14 ступенів.

Нова технологія Turbo Boost дозволяє розподіляти продуктивність ПК в залежності від загрузки, та збільшувати тактову частоту процесору на 267 МГц від номінальної. Технологія автоматично збільшує тактову частоту процесора понад номінальною, якщо при цьому не перевищуються обмеження потужності, температури і струму в складі розрахункової потужності (TDP). Це призводить до збільшення продуктивності

Однопотокові і багатопоточних додатків. Фактично це технологія "саморазгона" процесора.

Доступність технології Turbo Boost не залежить від кількості активних ядер, проте залежить від наявності одного або кількох ядер, що працюють з потужністю нижче розрахункової. Час роботи системи в режимі Turbo Boost залежить від робочого навантаження, умов експлуатації та конструкції платформи.