3.Перспективы исследования в области архитектуры вм и вс. Факторы, влияющие на развитие архитектуры вс. Тенденции развития сбис.

Перспективные исследования в области архитектуры. Исследования в области архитектуры ВМ и ВС условно можно разделить на две группы: эволюционные и революционные. Изыскания, названные эволюционными, направлены на совершенствование уже известных идей. Эти исследования направлены на совершенствование архитектуры микропроцессоров, хотя кардинальных новых архитектурных подходов в построении микропроцессоров сравнительно мало. Основные идеи, лежащие в основе современных микропроцессоров, были выдвинуты много лет тому назад. Наиболее значимые изменения в архитектуре микропроцессоров связаны с повышением уровня параллелизма на уровне команд, т.е. одновременное выполнение нескольких команд. Кроме того примером эволюционных архитектурных изменений могут служить методы предсказания переходов в конвейере команд; повышение частоты успешных обращений к КЭШ-памяти за счет усложненных способов буферизации. Таким образом, наблюдаемые достижения в области вычислительных средств широкого применения пока обусловлены именно «эволюционными» исследованиями.

Изыскания, условно названные революционными, направлены на создание совершенно новых архитектурных решений, отличных от уже ставшей традиционной фон-неймановской архитектуры. Оставаясь в рамках традиционных архитектур неизбежно появятся технологические ограничения, которые можно будет преодолеть используя нетрадиционные подходы. Такие исследования могут быть отнесены к «революционным» направлениям исследований.

Оценивая перспективы эволюционного и революционного развития вычислительной техники, можно утверждать, что наибольшего прогресса можно ожидать на пути использования идей параллелизма на всех уровнях построения ВМ и ВС и создания эффективной иерархии запоминающих устройств.

Ф акторы, влияющие на развитие архитектуры ВС. Совершенствование архитектур ВМ и ВС происходили с момента появления первых ВМ и продолжается по сегодняшнее время.

Рис 6

Изменения касаются на повышение производительности машин или на эффективное решение задач определенного класса. На совершенствование архитектур ВМ и ВС оказывают влияние самые различные факторы (рис 6). Наиболее очевидные успехи в области средств вычислительной техники связаны с технологическими достижениями.

Тенденции развития СБИС. На современном этапе построение ВМ и ВС реализуется на базе сверхбольших интегральных микросхем (СБИС). В первую очередь это касается построения процессоров и основной памяти.

Каждое нововведение в области архитектуры связано с необходимостью усложнения схемы процессора (или его составляющих). Это требует размещения на кристалле большого числа логических и запоминающих элементов. Возможны три пути для размещения большого числа необходимых элементов на кристалле:

• увеличение размеров самого кристалла;

• уменьшение размеров элементарных транзисторов, из которых строятся логические и запоминающие элементы;

• путем уменьшения ширины проводников, которые нужны при составлении самих логических элементов и при соединении логических элементов между собой.

У величение размеров кристалла является наиболее перспективным. Полезная площадь кристалла (это срез цилиндрического бруска полупроводникового материала) ограничена вписанным в окружность квадратом или прямоугольником (Рис 7). Увеличение диаметра на 10% на практике позволяет получить до 60% прироста числа транзисторов на кристалле. Известно, что переход на пластины увеличенного размера происходят в среднем один раз в 9 лет.

Плотность упаковки логических элементов в процессорных СБИС принято оценивать количеством транзисторов, из которых строятся сами логические элементы и схемы процессора. Тенденции увеличения числа транзисторов описываются эмпирическим законом Мура. Он в 1965 году предсказал, что число размещаемых транзисторов на кристалле удваивается каждые 12 месяцев. Затем было замечено, что темпы роста числа транзисторов на кристалле начинает спадать. В 1996 году Мур уточнил свое предположение, сделав прогноз, что удвоение числа транзисторов далее будет происходить каждые 2 года. Так, микропроцессор Pentium 4 фирмы Intel содержит 42 млн транзисторов, а микропроцессор Athlon XL фирмы AMD – 37 млн.

Основная память современных ВМ и ВС формируется из СБИС полупроводниковых запоминающих элементов, главным образом из динамических запоминающих элементов. Основные требования к таким СБИС – высокие плотность упаковки запоминающих элементов и быстродействие, низкая стоимость. Плотность упаковки запоминающих элементов на кристалле динамического ОЗУ характеризуется емкостью хранимой информации в битах.

По мере повышения возможностей вычислительных средств растут и «аппетиты» программных приложений относительно емкости основной памяти. Эту ситуацию отражает так называемый закон Паркинсона: «Программное обеспечение увеличивается в размерах до тех пор, пока не заполнит всю доступную на данный момент память».

Высокая скорость процессоров находится в противоречии с относительной медлительностью запоминающих устройств основной памяти. Имеется такая тенденция – двукратное уменьшение длительности цикла динамического ЗУ уходит примерно 15 лет.