Procesorių architektūros charakteristikų raidos Intelo planas iki 2015m

Multiprocesorinis duomenų apdorojimas kristalo lygyje (CMP);

Specialieji aparatiniai įrenginiai;

Dideles talpos atminties posistemis.

Mikrobranduolys;

Virtualizacija;

Puslaidininkių technologija;

Ekosistemos suderinamumas ir prieinamumas;

Problemos su kuriomis teks susitikti:

Maitinimo ir aušinimo problema;

Paralelizmas;

Sudėtingumo valdymas;

Saugumas;

Kintamumas ir skaičiavimų patikimumas;

Greitesnis ryšys tarp komponentų.

Ateities kompiuteriai:

Neuroniniai kompiuteriai imituojantys žmogaus nervinių ląstelių – neuronų tinklą, modeliuos žmogaus smegenų procesus

Optiniai kompiuteriai, kuriuose elektrinius krūvius pakeis šviesos impulsai, o juos perduos lazerio spinduliai.

Nanomolekulinės struktūros kompiuteriai, kuriuose 1 bitas bus tik 1 atomas

Biologinės struktūros kompiuteriai, kuriose bus naudojamos gyvo organizmo ląstelės

Prognozė: 2020m. superkompiuteris tilps kuprinėje.

Dėl technologinio proveržio mikroprocesorių srityje, per artimiausius 15 metų pavyks sumažinti superkompiuterius iki nešiojamojo kompiuterio dydžio, teigia IBM specialistai

Jie paskelbė apie naują atradimą, leidžianti sujungti skaičiavimo branduolius ir procesorius ne laidais, o šviesos impulsų pagalba

Mokslininkams pavyko pagaminti elektrooptinius moduliatorius, kurie 2-3 kartus mažesni nei dabartiniai silicio fotoelektronų moduliatoriai

Naujosios technologijos dėka kompiuteriai dirbs 100 kartų greičiau, o energijos sąnaudos sumažės iki 10 kartų.

1.5 pav.: Mūro dėsnis, teigiantis, kad procesorių greitis padvigubėja maždaug kas dvejus metus

Magistralių vystimas

Magistralinė struktūra buvo jau seniai.

IBM tipo kompiuteriai atsirado 1981 m. Buvo naudojama ISA (industry standart architecture) magistralė. Ji buvo pagrindinį ir išgyveno iki dabarties. Tačiau dabar jau retai sutinkama.

Prasidėjo vietinių magistralių era.

Vietinė magistralė (Lockal bus)

Atsirado, nes vystantis kompiuteriams atsirado – išryškėjo įrenginiai, kurie dirba lėtai ir kuriems nereikia greito darbo. Greitai veikti turi procesorius, vaizdo valdiklis (eina dideli informacijos srautai), magnetinsi diskas (reikai greito duomenų apsikeitimo su procesorium), atmintis.

Greitieji įrenginiai jungiami prie vietinės magistralės, kuri yra greitesnė.

VESA VL (VL-BUS) – (videoelektronų standart asotiation). Užsiima vaizdo sistemos standartizavimu. Ji atsirado, kai buvo naudojami 486 procesoriai (tuo metu patys greičiausi) ir labiau buvo prie jų ir pririšta. Vėliau buvo išstumta.

Yra apibręžiami vedantieji ir tiksliniai įrenginiai (master ir target). Paprastai bendrauja 2 įrenginiai ir vienas yra viršesnis, valdo duomenų perdavimą. Kitoje situacijoje jis gali būti valdomas. Per tą magistralę galimi realizuoti tiesioginį kreipimąsi į atmintį.

Jungiami 5 ir 3 V įrenginiai.

Į praplėsties lizdus galima buvo įstatyti VL-BUS ir ISA plokštes. Greiti perdavimai sukoncentruoti š papildomą jungtį.

VL-BUS korta yra labai ilga. Buvo naudojama 2-3 metus. Ją išstūmė kita magistralė. Tai buvo PCI magistralė.

Nuo PCI iki PCI Express

PCI Magistralė

Nuo pradėjimo naudoti 1992 metais, PCI magistralė tapo stuburu Į/I įrenginiams visose kompiuterinėse sistemose. Pati pradinė 33 MHz ir 32 bitų pločio magistralė parodė teorinį greitį iki 133 MB/s. Laikui bėgant industrija išleido naujesnes platformų architektūras kuriose PCI magistralė buvo keičiama našesniais jos papildymais, tokiais kaip AGP ir PCI X, abidvi yra patobulinti PCI magistralės variantai. 1 lentelėje pristatomi PCI, PCI-X, ir AGP magistralių pralaidumai.

2 lentelė: PCI, PCI-X, ir AGP magistralių pralaidumai

Iš arčiau tyrinėdami PCI signalų siuntimo technologiją atrandame multinumetimą magistralę (Multinumetimo [eng. multidrop] magistralė gaunama tada, kai prie jos jungiami įrenginiai, kiekvienas tais pačiais laidininkais. Kada vienas įrenginys naudoja magistralę, joks kitas negali pasiekti magistralės. Įrenginiai privalo dalintis magistrale ir laukti savo eilės, kol kiekvienas galės siųsti ar priimti duomenis), ir tai kad paraleli magistralė jau siekia savo našumo ribas.

Namų sistemos

Pradinė PCI magistralė buvo kuriama kad palaikytų 2D grafiką, aukštesnio našumo diskinius kaupiklius ir vietinius tinklus. Neilgai trukus po PCI magistralės atsiradimo, išaugę 3D grafikos sistemų reikalavimai jau nebetilpo į 32 bitų, 33 MHz PCI magistralės pralaidumą. Siekdami tai pataisyti kompanija Intel ir keletas kitų grafinių gaminių gamintojų sukūrė AGP magistralės specifikaciją. Kuri buvo apibrėžta kaip aukšto našumo PCI magistralė skirta grafikai apdoroti.

PCI Express technologija

PCI Express siūlo keliamą daugikliu, aukšto greičio, nuoseklią Į/I magistralę kuri turi gali yra suderinama ir su PCI įrenginiais. PCI Express sluoksniuota architektūra palaiko esančius PCI įrenginius, taip pat ir dabartinę plokščio adresavimo galimybę. PCI Express yra aprašoma kaip aukšto našumo, taškas į tašką jungiama, su daugikliais, nuoseklioji magistralė.

PCI Express susideda iš dviejų vienkrypčių kanalų, kiekvienas iš jų sudarytas iš siuntimo ir priėmimo poros, kad būtų įmanomas siuntimas abiem kryptimis tuo pačiu laiko momentu. Kiekvienoje iš porų yra du žema įtampa valdomi signalai. Duomenų taktavimas integruotas į kiekvieną porą, naudoja 8b/10b kodavimo schemą, kad pasiektų tokius aukštus duomenų siuntimo kiekius. 5.4 pav. galime palyginti PCI ir PCI Express sujungimus.

2.2 pav.: PCI Prieš PCI Express

PCI Express magistralės pralaidumą galime didinti įdėdami papildomas signalų poras tarp dviejų įrenginių. Ši magistralė palaiko x1, x4, x8, ir x16 linijų pločius, ir išdėlioja duomenų baitus pagal linijas. Kada du įrenginiai paruošia linijas ir darbo dažnį , duomenys yra siunčiami naudojant 8b/10b kodavimą. Pats pradinis x1 tipas gali siųsti iki 2,5 Gbps. Kadangi magistralė yra dvikryptė (duomenys abiem kryptimis siunčiami tuo pat momentu) tai efektyvusis siuntimo greitis yra 5 Gbps. 5.1 lentelėje matome susumuotus koduotus ir nekoduotus duomenų siuntimo greičius, naudojant x1, x4, x8, ir x16 modelius, kurie yra aprašyti jau pačioje pirmojoje PCI Express generacijoje.

2.3 lentelė. PCI Express pralaidumas

Ateityje šios magistralės tobulinimai dar labiau pakels kanalų dažnį, pavyzdžiui antros kartos PCI Express galėtų pakelti taktavimo dažnį du kartus ir daugiau. Kadangi ši magistralė yra tiesioginė, taškas į tašką tai jos dažnis priklausys prie no jos prijungto įrenginio. Keletas PCI Express įrenginių galės veikti vienu metu netrukdydami vienas kitam. Priešingai negu PCI, PCI Express turi minimalius pašalinius signalus, be to ir taktavimo dažniai ir adresai yra sudėti į duomenų srautą. Todėl kad PCI Express yra nuosekli magistralė su keliais šalutiniais signalais, ji praleidžia labai daug duomenų per vieną jungties laidininką, daug daugiau palyginus su PCI. Tokia archtektūra leidžia turėti efektyvesnę, mažesnę ir pigesnę jungtį. 5.5 pav. bandoma palyginti duomenų kiekio pralaidumą per vieną jungties takelį PCI, PCI-X, AGP, ir PCI Express magistralėse.

AK grafinės sistemos evoliucija

Kad suprastume AGP grafikos privalumus ir naudą, reikia suprasti problemas kurios buvo sprendžiamos besivystant AGP technologijai. 2.4 pav. matome grafinės sistemos architektūrą sukurtą PCI magistralės pagrindu. Čia grafinė sistema patalpinta PCI magistralėje. Atkreipkite dėmesį kad PCI grafinis adapteris turi savyje integruotą video atmintį. Nors praeityje toks techninis sprendimas pasiteisino, atsirado keletas problemų kurios paskatino AGP grafikos atsiradimą:

1. Patobulinti grafines sistemos atmintį yra brangu, nes papildomi atminties moduliai turi būti pridėti į grafinę plokštę, arba turi būti keičiama pati plokštė.

2. Kadangi grafiniai duomenys, tokie kaip tekstūros yra saugomi pagrindinėje atmintyje, tai PCI magistralėje esanti grafinė plokštė juos gali pasiekti tik per PCI magistralę. Kreiptis tų duomenų reikia dažnai, nes pati grafinė plokštė turėdavo nedaug savos atminties. Taigi grafinė plokštė turi konkuruoti su kitais PCI magistralės moduliai dėl magistralės užimtumo ir pralaidumo.

3. Ir jeigu grafikos plokštė dažnai kreipiasi į PCI magistralę tada kiti magistralės periferiniai įrenginiai ,,badauja”.

2.4 pav.: Senesnio tipo pagrindinė plokštė naudojanti PCI magistralę grafikos apdorojimui.

• Vietinė AGP sistemos architektūra siūlo svarbius našumo patobulinimus palyginus su PCI magistralės pagrindu veikusią grafinę sistemą.

• AGP architektūra leidžia AGP grafinei sistemai matyti ir naudoti pagrindinę atmintį taip tarsi tai būtų jos pačios integruota atmintis – tai reiškia kad AGP plokštė dalinasi sistemine atmintimi. AGP grafinė plokštė nejaučia skirtumo tarp jos pačios ir pagrindinės atminties, visa atmintis atrodo kaip jos, vietinė. Galinis vartotojas gali didinti grafinės sistemos našumą įdėdamas papildomą pagrindinę atmintį vietoj to, kad papildytų brangią grafinę atmintį.

• Grafinė sistema jau nebeturi konkuruoti dėl PCI magistralės pralaidumo kad pasiektų duomenis iš pagrindinės atminties. Tai leidžia grafiniai sistemai dirbti pilnu greičiu, beveik neturint pertraukčių iš kitų sistemos komponentų. Tai padidina visos sistemos konkurencingumą – reiškia kad procesorius, AGP grafinė sistemą, PCI magistralės įrenginiai gali veikti nepriklausomai vienas nuo kito ir konkurencingiau, taip didindami bendrą sistemos našumą.

• PCI magistralės įrenginiai gali laisvai naudotis PCI magistrale, jiems nereikia ,,rungtis” su grafiniu adaptoriumi dėl magistralės. Taip PCI magistralė atsilaisvino nuo grafinės sistemos, padidėjo jos pasiekiamumas.

Bėgant laikui grafinė sistema buvo tobulinama, pervedama vis į didesnio našumo lygius.

2.5 lentelė: AGP tipai ir atitinkami duomenų pralaidumai.

Aušinimas

Vos prieš keletą metų procesoriui aušinti užteko aliumininio aušintuvo, besisukančio 2500 aps./min. sparta. Tačiau atsiradus galingiems procesoriams ir vaizdo spartintuvams, nemažai bendrovių (pavyzdžiui, „Titan”, „ThermalTake”) aukštos kokybės aušintuvus pradėjo gaminti iš įvairių metalų.

Svarbiausias ventiliatoriaus pasirinkimo kriterijus – apsukų skaičius per minutę. Kuo greičiau jis sukasi, tuo geriau vėdina, tačiau kartu didėja ir keliamo triukšmo lygis. Tylos nedrumsčiantys ventiliatoriai sukasi 3000-4500 aps./min., o triukšmingesni – 5000-7000 aps./min. sparta.

Ne mažiau svarbus ir radiatorius. Jis tvirtinamas prie mikroschemos, kurios skleidžiamą šilumą turi „sugerti” ir išsklaidyti į orą. Virš radiatoriaus tvirtinamas ventiliatorius, skirtas oro judėjimui ties radiatoriumi pagerinti. Kuo didesnis radiatoriaus plotas, tuo veiksmingiau jis išspinduliuos šilumą, todėl plotui padidinti radiatoriai gaminami su vertikaliai ar nuožulniai pakreiptomis plokštelėmis.

3.1 Aušintuvas Core i7 procesoriui

Aušinimo pagerinimo pasiūlymai

3.2 pav. Kaip matome 3.2 pav. karštas oras iš ventiliatoriaus išpučiamas į korpusą. Karštas oras kyla atgal į ventiliatorių.

Dėl to procesorius neefektyviau aušinamas. Kad pagerinti procesoriaus aušinimą reikia pakeisti korpuso konstrukciją.

3.3 pav.

Tokios konstrukcijos korpusas leidžia procesorių aušinti iš išorės paimtu šaltu oru per korpuse padarytą

3.4 pav.

Dar daugiau pagerinta aušinimo sistema, kur karštas oras išpučiamas iš korpuso, o šaltas kaip ir anksčiau imamas iš išorės.