Система команд процессора. Процессоры с фиксированной и модифицируемой системой команд

По возможности изменения системы команд выделяют два типа процессоров:

• процессор с фиксированной системой команд (с произвольной логикой);

• процессор с модифицируемой системой команд (с возможностью микропрограммирования).

Большинство процессоров имеет фиксированную систему команд. Микропрограммируемые процессоры оснащаются управляющим запоминающим устройством, в котором хранится микропрограмма — встроенные программы, определяющие набор выполняемых команд. Микропрограммное управление дает гибкость в ущерб быстродействию, а также позволяет легче скорректировать ошибки в выполнении команд.

Многие современные процессоры сочетают и эти крайние архитектурные признаки. Например, Pentium — процессор с фиксированной системой команд, но в нем имеется также и ПЗУ микрокоманд. При этом благодаря использованию конвейера и других технологических решений, указанный недостаток микропрограммного управления снимается. А начиная с процессора Pentium 4 или микроархитектуры NetBurst, кэш-память команд первого уровня хранит уже не команды, а микрокоманды.

Во всех процессорах существуют следующие группы команд:

• арифметические;

• логические;

• передачи данных;

• передачи управления (ветвления, перехода);

• управления процессором.

Команды специализированных процессоров поддерживают их специализацию.

Использование процессоров различной архитектуры в высокопроизводительных компьютерах

Наиболее известными в настоящее время семействами процессоров являются:

• х86 — CISC с элементами RISC;

• Intel IA-64 (Intel Itanium) — EPIC;

• IBM Power PC — RISC с элементами CISC;

• Sun SPARC — RISC.

Регулярно, два раза в год, в июне и ноябре, составляется список пятисот наиболее производительных компьютеров в мире — рейтинг Top500 (табл.).

Табл. Рейтинг Top500 за последние четыре года

	Intel x86	AMD x86	Intel IA-64	IBM Power	SPARC
ноябрь 2006	228	113	35	91	3
ноябрь 2007	333	79	21	61	1
ноябрь 2008	368	61	9	60	1
ноябрь 2009	396	42	6	52	2

Первое место в рейтинге Top500 за ноябрь 2009 занимает компьютер Jaguar - Cray XT5-HE Opteron Six Core 2.6 GHz, который введен в эксплуатацию в 2009 году в Oak Ridge National Laboratory. Его характеристики:

• процессоры AMD x86_64 Opteron Six Core 2600 MHz;

• 224162 ядер производительностью по 10.4 GFlops;

• пиковая производительность 2331 TFlops;

• максимально достигнутая реальная производительность 1759 TFlops;

• операционная система Linux.

Второе место в рейтинге Top500 за ноябрь 2009 занимает компьютер IBM Roadrunner, разработанный в 2008 году и размещенный в Лос-Аламосской национальной лаборатории министерства энергетики США. Это был первый компьютер, достигший петафлопной производительности. Занимал первое место в рейтинге Top500 за ноябрь 2008 года.

Его характеристики:

• 12960 процессоров PowerXCell8i 3,2 ГГц и 6948 процессоров Opteron DC 1,8 ГГц;

• общее число ядер — 122400;

• память — 80 Тбайт;

• пиковая производительность 1375776 GFlops;

• максимально достигнутая реальная производительность 1042 TFlops;

• операционная система Linux;

• занимаемая площадь — 560 кв. м;

• масса — 227 т;

• потребляемая мощность — 2,4 МВт;

• стоимость — 100 млн. долл.

Самый мощный российский компьютер — "Ломоносов", установленный в МГУ им. М. В. Ломоносова, занимает двенадцатое место в данном рейтинге. "Ломоносов" имеет следующие характеристики:

• модель — T-Platforms T-Blade2;

• процессоры — Xeon 5570 2,93 ГГц;

• количество ядер — 35360;

• пиковая производительность — 414,42 Тфлопс;

• максимально достигнутая реальная производительность — 350,1 Тфлопс.