41.Процессор. Типы параллелизма. Сопроцессор.Виды процессоров

Типы параллелизма.

1. Параллелизм на уровне команд (см. конвейер);

2. Параллелизм на уровне битов. Эта форма параллелизма основана на увеличении размера машинного слова. Увеличение размера машинного слова уменьшает количество операций, необходимых процессору для выполнения действий над переменными, чей размер превышает размер машинного слова. К примеру: на 8-битном процессоре нужно сложить два 16-битных целых числа. Для этого вначале нужно сложить нижние 8 бит чисел, затем верхние 8 бит и плюс учесть возможность переноса разряда от сложения нижних 8 бит. Итого 3 инструкции. С 16-битным процессором можно выполнить эту операцию одной инструкцией. В настоящее время появились 64-битные процессоры.

Параллелизм данных. Основная идея этого подхода заключается в том, что одна операция выполняется сразу над всеми элементами массива данных. Различные фрагменты такого массива обрабатываются на векторном процессоре или на разных процессорах параллельной машины. Распределением данных между процессорами занимается программа.

Виды процессоров.

1. CISC-процессоры (Complex Instruction Set Computer) — процессоры со сложным набором команд. Типичными представителями CISC является семейство микропроцессоров Intel.

2. RISC-процессоры (Reduced Instruction Set Computer) — процессоры с сокращённым набором команд. Характеризуется наличием команд фиксированной длины, большого количества регистров, операций типа регистр-регистр, а также отсутствием косвенной адресации. Среди первых реализаций этой архитектуры были процессоры MIPS, PowerPC, SPARC. В мобильных устройствах широко используются ARM-процессоры.

3. MISC-процессоры (Minimum Instruction Set Computer) — процессоры с минимальным набором команд (примерно 20-30 команд). Архитектура MISC строится на стековой вычислительной модели.

4. Многоядерные процессоры. Содержат несколько процессорных ядер в одном корпусе. Двухъядерность процессоров включает такие понятия, как наличие логических и физических ядер: например двухъядерный процессор Intel Core Duo состоит из одного физического ядра, которое в свою очередь разделено на два логических. Процессор Intel Core 2 Quad состоит из четырёх физических ядер. В октябре 2009 года был создан 100-ядерный процессор широкого назначения.

5. Квантовые процессоры - процессоры, работа которых всецело базируется на квантовых эффектах.

6. Молекулярные процессоры - процессоры, использующие вычислительные возможности молекул (преимущественно, биологических). Молекулярными компьютерами используется идея вычислительных возможностей расположения атомов в пространстве.

Математический сопроцессор.

Математический сопроцессор (FPU) — процессор для расширения команд центрального процессора и обеспечивающий его операциями с плавающей запятой. Простым “целочисленным” процессорам для работы с вещественными числами и математическими операциями требуется большое время для их выполнения. Сопроцессор выполняет команды с вещественными числами одной операцией, за счёт этого достигается значительное ускорение таких операций. В ранних процессорах модуль операций с плавающей запятой был выделен в отдельную микросхему, в современных он является частью процессора. Сопроцессор не является полноценным процессором, так как не умеет делать многих необходимых для этого операций, являясь всего лишь придатком центрального процессора.

Внутри FPU числа хранятся в 80-битном формате с плавающей запятой. Сопроцессор поддерживает математические операции (арифметические, сравнение, деление по модулю, округление, смена знака, модуль, квадратный корень, синус, косинус, тангенс, арктангенс, логарифм), константы (число , число ,…) и некоторые другие специфические операции.