第3讲计算机速度提升方法.ppt
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1、嵌入式系统及其电路,第 3 讲,本讲内容,提高计算机速度的方法 最新两款微机处理器介绍 微型计算机的存储器,本讲内容,提高计算机速度的方法 最新两款微机处理器介绍 微型计算机的存储器,提高计算机速度的方法,1 增加计算机的位数 2 改进电路,提高门电路翻转的速度,提高工作频率 3 采用多总线结构,实现多级流水线作业 4 采用大容量的片内存储器(片内cache) 5 采用快速执行引擎技术,对片内外存储器的访问,采用DDR技术,提高访问速度 6 采用分支预测技术 7 采用多CPU结构,增加计算机的位数可以提高速度。例如对于一个32位的数据的传送,8位机需要传输4次才能完成,而32位机一次就可以完成
2、;对于一个16位数X16位数的乘法,8位机要进行几十次运算才能完成,而一个带有16位X16位乘法器的DSP一次就可以完成。,1 增加计算机的位数,2.改进电路,提高门电路翻转的速度,提高频率,改进电路提高速度的方法主要有: (1)将芯片内的电路单元尤其是三极管的PN结做的更小更薄,使得PN结的结电容很小,在电路翻转时需要泄放的电荷量更少,翻转就更快。 (2)降低工作电压,电压越低,所有晶体管的结电容上存储的电荷就更少,更容易泄放,翻转更快。 电路的翻转速度加快,频率就会上去。,3 采用多总线结构,实现多级流水线作业,处理器内部采用多总线结构,各套总线并行工作,例如在CPU内部设计了访问内部指令
3、Cache的总线、访问内部数据Cache的总线、访问片外存储器的总线、CPU与主板上芯片组的交互总线等,每套总线包括了地址总线、数据总线和控制总线三种。 处理器内部的多个执行单元可以同时执行多条指令。Pentium有两条分别称为U和V的指令流水线,各自有独立的算术逻辑单元ALU及高速缓存结构。Pentium采用双流水线并行作业的方式,它能在每个时钟周期内同时执行两条指令。此外,还有一个执行单元,保证同时完成一条浮点运算指令。 多级流水线技术可以加快指令的执行速度,但并不是说流水线级数越多,处理器的速度就越快。例如,毒龙处理器V1.3采用10级流水线结构,奔腾系列V1.7采用20级流水线结构,但
4、经过测试,V1.7的速度仅相当于毒龙处理器V1.3的70%,其原因在于20级流水线,一旦指令的分支发生变化,指令预取和预译码等一系列预操作就作废了,使得总效率下降较多。,4. 采用大容量的片内存储器(片内cache),一个Cache用于指令高速缓存,另一个用于数据高速缓存。这两个高速缓存可同时存取,前者可提供多达32位的原始操作码,后者每个时钟周期内可以提供两次存取的数据。这种双路高速缓存结构减少了争用高速缓存所造成的冲突,改进了处理器的性能。,5.采用快速执行引擎技术,对片内外存储器的访问,采用DDR技术,即在一个时钟周期可以访问2次存储器,在时钟的上升沿一次,下降沿一次,大大提高了访问速度
5、。此即为所谓的快速执行引擎。,6. 采用分支预测技术,为了减少由于执行了转移指令而导致流水线的效率损失,Pentium采用分支预测技术来动态预测指令的目标地址,从而节省了CPU的执行时间。通常在用户程序中包含不少的条件转移指令,在流水线计算机中,这些转移指令由于产生分支可能使预取指令和预译码指令作废。Pentium内部有两个预取指令缓冲队列,在执行条件转移指令前,一个以顺序方式预取指令,一个以转移方式预取指令,后者也称为分支目标缓冲器BTB(branch target buffer),这是一个小的Cache,它基于转移指令,尤其是循环转移的固有特点。可以认为在大多数情况下,当一条转移指令被再次
6、执行时,其成功与否及转移目标均与上次相同。据此可构造动态的分支目标预测硬件。BTB是一种效率较好的硬件机制,统计表明BTB的容量较大时(如超过256项)预测准确率可达90%。通过这种动态分支预测技术,不管是否产生转移,所需指令都在执行前预先取好。,7. 采用多CPU结构,最新的微机采用了多处理器(多核)技术,例如双核、3核、4核等,使微机的数据处理能力进一步增强,对微机的性能有较大的提升。,本讲内容,提高计算机速度的方法 最新两款微机处理器介绍 微型计算机的存储器,最新两款CPU介绍,intel的酷睿i7: CPU主频:3330MHz 智能加速:3600MHz 制作工艺:32 纳米 二级缓存:
7、6256KB 三级缓存:12MB 核心数量:6核心。,AMD的羿龙II: CPU主频:3200MHz 制作工艺:45 纳米 一级缓存:6128KB 二级缓存:6512KB 三级缓存:6MB 核心数量:6核心 内存控制器: 双通道DDR3-1333 双通道DDR2-800,本讲内容,提高计算机速度的方法 最新两款微机处理器介绍 微型计算机的存储器,微机的片内存储器与主存储器,CPU片内存储器(Cache) :分为1级缓存/2级缓存/3级缓存。 主存储器(主存):即主板上的存储器(存储条)。主存又称内存,一般装在主板上,用来存放计算机正在执行或使用的程序和数据。主存通常由半导体存储器构成。CPU可
8、以直接访问主存,因此其存取速度快。主存的容量受地址线位数的影响。例如32位地址线的处理器,直接寻址的内存空间为4GB。 随机存取存储器RAM(random access memory):对该存储器内部的任何一个存储单元,既可以取出,也可以存入,存取所用时间和存储单元所在的物理地址无关。一般RAM中的信息在掉电时将丢失,目前有内带电池的芯片,掉电后信息依然可以保存,称为非易失性RAM(NVRAM)。按集成电路内部结构不同,RAM又可分为静态RAM和动态RAM。 静态随机存取存储器SRAM:SRAM速度非常快,集成度低,结构复杂,功耗大,不需刷新,SRAM一般用作高速缓存。,存储器(续),动态随机
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