הבית > תערוכה > תוכן

ארכיטקטורת מחשב

Mar 11, 2019

הצורה המדויקת של מערכת מחשב תלויה במגבלות ובמטרות. ארכיטקטורות מחשב בדרך כלל סחר מחוץ תקנים, כוח לעומת ביצועים, עלות, קיבולת זיכרון, חביון (חביון הוא כמות הזמן שלוקח מידע מצומת אחד לנסוע למקור) ותפוקה. לפעמים שיקולים אחרים, כגון תכונות, גודל, משקל, אמינות, וכן הרחבה הן גם גורמים.


התוכנית הנפוצה ביותר עושה ניתוח עומק עומק ומספרים כיצד לשמור על צריכת החשמל נמוכה, תוך שמירה על ביצועים נאותים.


ביצועים

ביצועי מחשב מודרניים מתוארים לעתים קרובות ב- IPC (הוראות לכל מחזור). זה מודד את היעילות של הארכיטקטורה בכל תדר שעון. מאז קצב מהיר יותר יכול לעשות מחשב מהיר יותר, זו מדידה שימושית. מחשבים ישנים יותר ספירות IPC נמוך כמו 0.1 הוראות לכל מחזור. מעבדים מודרניים פשוטים מגיעים בקלות ל -1. מעבדי Superscalar עשויים להגיע לשלוש עד חמש IPC על ידי ביצוע מספר הוראות למחזור השעון.


ספירת הוראות שפה מכונה תהיה מטעה כי הם יכולים לעשות כמויות משתנות של עבודה שונים ISAs. "ההוראה" במדידות הסטנדרטיות אינה נחשבת להוראות שפת מכונה בפועל, אלא יחידת מידה, המבוססת בדרך כלל על מהירות הארכיטקטורה של מחשב ה- VAX.


אנשים רבים נהגו למדוד את מהירות המחשב לפי קצב השעון (בדרך כלל ב- MHz או GHz). זה מתייחס למחזורים בשנייה של השעון הראשי של המעבד. עם זאת, מדד זה מטעה במקצת, שכן מכונה עם קצב שעון גבוה יותר עשויה לא בהכרח לקבל ביצועים טובים יותר. כתוצאה מכך, היצרנים התרחקו במהירות השעון כמדד לביצועים.


גורמים אחרים משפיעים על מהירות, כגון תמהיל היחידות הפונקציונליות, מהירויות האוטובוסים, הזיכרון הזמין, סוג ההוראה וסדרם בתוכניות.


ישנם שני סוגים עיקריים של מהירות: חביון ותפוקה. זמן האחזור הוא הזמן שבין תחילת התהליך לבין השלמתו. התפוקה היא כמות העבודה שנעשתה ליחידת זמן. זמן חפיפה של פסקאות הוא זמן התגובה המרבי המובטח של המערכת לאירוע אלקטרוני (כמו כאשר כונן הדיסק מסיים להזיז נתונים מסוימים).


הביצועים מושפעים ממגוון רחב מאוד של אפשרויות עיצוב - לדוגמה, צנרת מעבד עושה בדרך כלל חביון גרוע יותר, אבל עושה את התפוקה טוב יותר. מחשבים השולטים במכונות בדרך כלל זקוקים לשהות ביניים נמוכה. מחשבים אלה פועלים בסביבה בזמן אמת ונכשלים אם פעולה לא הושלמה בפרק זמן מסוים. לדוגמה, הבלמים הננעלים באמצעות מחשב חייבים להתחיל בלימה בתוך זמן קצר וניתן לחיזוי לאחר חישת דוושת הבלם או כישלון הבלם.


Benchmarking לוקח את כל הגורמים האלה בחשבון על ידי מדידת הזמן המחשב לוקח לרוץ באמצעות סדרה של תוכניות הבדיקה. למרות benchmarking מראה עוצמות, זה לא צריך להיות איך אתה בוחר מחשב. לעתים קרובות המכונות הנמדדות מתחלקות על אמצעים שונים. לדוגמה, מערכת אחת עשויה לטפל ביישומים מדעיים במהירות, בעוד שאחד אחר עשוי לעבד משחקי וידאו בצורה חלקה יותר. יתר על כן, מעצבים יכולים למקד ולהוסיף תכונות מיוחדות למוצרים שלהם, באמצעות חומרה או תוכנה, המאפשרים לבצע סמן ספציפי במהירות אך אינם מציעים יתרונות דומים למשימות כלליות.


יעילות הספק

מאמר ראשי: אלקטרוניקה נמוכה כוח

יעילות צריכת החשמל היא מדידה חשובה נוספת במחשבים המודרניים. יעילות צריכת חשמל גבוהה יותר יכול להיות נסחר לעתים קרובות עבור מהירות נמוכה יותר או עלות גבוהה יותר. המדידה האופיינית בהתייחסות לצריכת החשמל בארכיטקטורת המחשב היא MIPS / W (מיליוני הוראות לשנייה לכל ואט).


מעגלים מודרניים יש פחות כוח נדרש לכל טרנזיסטור כמו מספר טרנזיסטורים לכל שבב גדל. הסיבה לכך היא שכל טרנזיסטור שמוקם בשבב חדש דורש אספקת חשמל משלו ודורש מסלולים חדשים שיבנו אותו. עם זאת, מספר הטרנזיסטורים לכל שבב מתחיל לעלות בקצב איטי יותר. לכן, צריכת החשמל מתחיל להיות חשוב, אם לא יותר חשוב מאשר מתאים טרנזיסטורים יותר ויותר לתוך שבב אחד. עיצובי המעבד האחרונים הראו את הדגש הזה משום שהם ממקדים יותר את יעילות ההספק במקום לדחוס כמה שיותר טרנזיסטורים לשבב אחד. [17] בעולם של מחשבים משובצים, יעילות צריכת החשמל כבר זמן רב מטרה חשובה ליד התפוקה ואת חביון.


שינוי בביקוש בשוק

הגדלת תדר השעון גדלה בקצב איטי יותר בשנים האחרונות, בהשוואה לשיפורים בהפחתת החשמל. זה כבר מונע על ידי סוף החוק של מור לדרוש חיי סוללה ארוכים והפחתות בגודל של הטכנולוגיה הניידת. שינוי זה בפוקוס משיעורי שעון גבוהים יותר לצריכת הספק ולמיניאטוריזציה ניתן לראות בהפחתות משמעותיות בצריכת החשמל, עד 50%, שדווחו על ידי אינטל בשחרורו של המיקרו-ארכיטקטורה של האסוול; שם הם הפילו את צריכת החשמל שלהם מ 30-40 וואט עד 10-20 וואט. [18] השוואת זה כדי להגדיל את מהירות העיבוד של 3 GHz ל 4 GHz (2002-2006) ניתן לראות כי ההתמקדות במחקר ופיתוח הם מתרחק תדר השעון נע לכיוון צריכת חשמל פחות תופסת פחות מקום.