Роль транзисторов и диодов в компьютерах

[Lexey]

realeugene в сообщении #1418524 писал(а):

Да, а плоскости питания важны для снижения индуктивностей цепей питания, которые, по факту, включаются последовательно со всеми сигнальными цепями, и по которым, при этом, протекают сильные токи переключения.

Emergency в сообщении #1418552 писал(а):

Если оценивать по отношению длины проводника к длине такта, то мы запросто можем получить четвертьволновой вибратор и давать хорошую наводку не только на соседние линии, но и на отдаленные.

Тут стоит обратить внимание на особенности разводки проводников процессора на кристалле по сравнению с разводкой печатной платы:

Индуктивностью проводников как правило можно пренебречь, а значит и волновыми эффектами (даже в цепях питания если там нет явно больших петель).
Cечение проводников с существенной токовой нагрузкой выбирается прежде всего из соображений электромиграции, полученный проводник как правило
достаточен с точки зрения других ограничений (сопротивление, нагрев током, индуктивность)
Если сопротивление длинного сигнального проводника все-же не достаточно мало, это обычно выгодней лечить не утолщением проводника а буферизацией, сохраняя толщину минимальной.

[Lexey]

realeugene в сообщении #1417912 писал(а):

Emergency в сообщении #1417889
писал(а):
"Сочетание "REP NOP" (0xF3 0x90) в процессорах, начиная с Xeon и Pentium 4, интерпретируется как команда PAUSE, сообщая процессору, что программа выполняет цикл ожидания изменения другими процессорами состояния ячейки памяти, что позволяет процессору оптимизировать работу с памятью и энергопотребление." (С) Википедия.

Не читайте русскую Википедию. Настоящее назначение этой команды подробно описано тут: https://stackoverflow.com/questions/128 ... ion-in-x86 Снижение энергпопотребления - это, очевидно, косвенный и не главный эффект, достигаемый только за счёт уменьшения количества генерируемых микроинструкций, а не за счёт обесточивания блоков процессора.

В ARМ есть инструкция WFI (Wait For Interrupt). Насколько я понял, это функционально точный аналог инструкции "REP NOP". Это хинт-инструкция, то есть инструкция не изменяющая архитектурного состояния (не считая продвижения указателя команд). Прямое предназначение инструкции (согласно мануалам ARM) - снижение энергопотребления когда нечего делать, обычно вставляется в цикл ожидания. Иного разумного предназначения для этой инструкции я при всей своей буйной фантазии придумать пока не смог.

По поводу буквального отключения отдельных процессорных блоков по цепи питания на кристалле мне встречались статьи, но о коммерческих реализациях такой идеи не слышал (если кто слышал мне будет интересно). Мне эта идея кажется бесперспективной.

[Dmitriy40]

Lexey в сообщении #1430777 писал(а):

Иного разумного предназначения для этой инструкции я при всей своей буйной фантазии придумать пока не смог.

Не для ARM, а в принципе (для некоторых МК, например STM8): засовывание в стек регистров не дожидаясь прихода прерывания, что позволяет потом быстрее перейти к процедуре обслуживания прерывания. Разумеется если не предусмотрено других методов ускорения реакции на прерывание.

[Lexey]

Dmitriy40 в сообщении #1430780 писал(а):

Не для ARM, а в принципе (для некоторых МК, например STM8): засовывание в стек регистров не дожидаясь прихода прерывания, что позволяет потом быстрее перейти к процедуре обслуживания прерывания. Разумеется если не предусмотрено других методов ускорения реакции на прерывание.

Интересная мысль. Я не вникал в STM8. Там такое реализовано? Или это просто идея как оно могло бы быть реализовано?
Как идея оно похоже подходит и к ARM. А может оно в каких-то толстых ARMaх, оптимизированных на производительность так и реализовано? Кто знает? Я только с мелкими имел дело.

[Dmitriy40]

Lexey
В STM8 пишут что реализовано (реально не проверял):

Цитата:

The WFI/HALT instructions save the context in advance. If an interrupt occurs while the CPU is in one of these modes, the latency is reduced.

[realeugene]

Цитата:

We have 2 instructions for entering low-power standby state where most clocks are gated: WFI and
WFE.

http://infocenter.arm.com/help/index.js ... 15473.html

[Lexey]

realeugene
Обратите внимание, что если выбросить эти инструкции из кода, логика работы ничуть не пострадает, пострадает лишь энергопотребление и может быть немножко производительность.

[realeugene]

Lexey в сообщении #1430790 писал(а):

Обратите внимание, что если выбросить эти инструкции из кода, логика работы ничуть не пострадает, пострадает лишь энергопотребление и может быть немножко производительность.

Да.

[Lexey]

eugrita в сообщении #1416819 писал(а):

Ясно видимо одно. Нельзя серьезно говорить об архитектуре компьютеров, не разобравшись с элементной базой и с ее основой -транзисторами типами и принципами их действия, т.е. с физикой полупроводников. Все держится на том что бит=1 если транзистор открыт и 0 если заперт?

Тут как раз с точностью до наоборот:
Архитектура компьютера, если серьезно, это как раз тот абстрактный уровень представления о компьютере, который связан с физикой разве что через интеллект архитектора, когда-то давно придумавшего эту архитектуру, который слава Богу если хорошо позаботился о возможности ее эффективной физической реализации средствами сегодняшних технологий.

Проще говоря, смысл архитектуры как раз в том чтобы избавить изучателей этой архитектуры от необходимости иметь какое-либо представление о физике, транзисторах, микросхемах
... и даже о клоках тактовой частоты процессора.

[Dmitriy40]

Кстати, клоков может и не быть: некоторые варианты вычислителей работают асинхронно, без тактовой частоты вообще. А все временные параметры формируются прямо из обрабатываемых данных (проверкой неких признаков готовности данных). Сейчас такое могло остаться где-то в специализированных вычислителях.

[realeugene]

Dmitriy40 в сообщении #1430804 писал(а):

Кстати, клоков может и не быть: некоторые варианты вычислителей работают асинхронно, без тактовой частоты вообще.

Про такие эксперименты я слышал, но ни одного подобного процессора не видел.

[Lexey]

Dmitriy40 в сообщении #1430804 писал(а):

Кстати, клоков может и не быть: некоторые варианты вычислителей работают асинхронно, без тактовой частоты вообще. А все временные параметры формируются прямо из обрабатываемых данных (проверкой неких признаков готовности данных). Сейчас такое могло остаться где-то в специализированных вычислителях.

Да, читал подобные изыскания, и сам балуюсь мыслями по этому поводу. Моему мозгу проще понимать подобные вещи как самотактируемая логика. Ведь тот самый признак готовности и есть тактовый импульс, cформированный по месту и участвующий в формировании подобного тактового импульса для следующего каскада. Такие штуки могут эффективно работать на десятках ГГц и делаются на тех же транзисторах что и обычный СMOS, работающий на единицах. Отдельные идеи этой направленности используются давно и в некоторых современных процах тоже: domino logic, self-reset logic.

Дальше берем Ring Oscillator и фантазируем с заменой банальных инверторов на логические элементы в стиле domino и self-reset: получаются интересные штуки!
Например, приходит один стартовый импульс, толкает наш умный локальный RO, а тот выдает нам локально ровно столько тактовых импульсов сколько нам нужно на частоте 40ГГц, да еще и в четырехфазном формате!. Традиционная логика упирается в то что развести такие клоки глобально от централизованного генератора нереально. А тут глобально и не надо!

[realeugene]

Lexey в сообщении #1430812 писал(а):

Ведь тот самый признак готовности и есть тактовый импульс, cформированный по месту и участвующий в формировании подобного тактового импульса для следующего каскада.

Не совсем. У тактовых импульсов есть гарантированная минимальная длительность. В течение которой между фронтами гарантированно успевает отработать логическая схема, реализующая логику конечного автомата.

[Lexey]

По-любому и у признака готовности должны быть подобные временные критерии пригодности, без удовлетворения которых будет происходить какая-то лажа.

[Dmitriy40]

Насчёт почему нет асинхронных процессоров - не выгодно оказалось, особенно при развитых планировщиках, намного удобнее и проще сделать все (микро)команды по такту и уже их планировать, чем когда каждая (микро)команда может выполниться за разное время. Я уже не вспомню где видел (в доке, не живьём) полностью асинхронный тракт вычислений, какой-то из спецвычислителей (кажется для РЛС), там все сигналы передавались парафазным кодом - для определения момента окончания переключения (и вычисления). И нигде никаких клоков не было вообще.