پردازنده های با معماری nehalem چگونه کار می کنند؟
عدد 2 را در نظر بگیرید،سپس ان را دو برابر کنید،بدین ترتیب شما به عدد 4 دست خواهید یافت. سپس دوباره ان را دو برابر کنید عدد به دست امده 8، است . این عمل را تا 10 بار تکرار کنید شما به عدد 1024 خواهید رسید و اگر تا 20 بار این کار را تکرار کنیدبه 1048576 می رسید. به این عمل رشد تصاعدی می گویند که در واقع اصل و قانون پنهان یکی از مهمترین مفهوم ها در الکترونیک است.
در سال 1965 ایجاد کننده ی شرکت انتل، گوردن مور روندی را ارایه کرد که طبق ان چگالی (تعداد) ترانزیستورها را در یک تراشه که هر سال دو برابر می شد. یعنی هر 12 ماه، سازندگان تراشهراهی برای کوچک کردن اندازه ی ترانزیستورها و دو برابر جا داد ان ها در روی یک تراشه پیدا می کردند.
در طول سال ها مردم قانون مور را برای فیت کردن پارامترها در ارتقا تراشه ها برای تنظیم دقیق استفاده می کردند. در یک مدت زمان دو برابر کردن تعداد ترانزیستورها در تراشه به 18 ماه افزایش یافت و امروز تقریبا به مرز 2 سال رسیده است. اما این مسئله که امروز بعضی از ریز پردازنده ها دارای چیزی بیش از 1 بیلیون(میلیارد)ترانزیستور درون یک تراشه هستند هنوز تاثیر برانگیز است. جور دیگری که می توانیم به قانون مور نگاه کنیم این است که بگوییم قدرت پردازش پردازندهها در طول دو سال دو برابر می شود. این تقریبا مثل این است که بگوییم تعداد ترانزیستورها دو برابر می شود. اما راه دیگری برای افزایش قدرت یک پردازنده پیدا کردن راه جدیدی برای طراحی تراشه است که باعث شود تراشه موثر تر باشد. برای روشن شدن موضوع باید برگردیم به سراغ intel فلسفه ی اینتل دنیال کردن استراتژیtick-tock است. tick به ایجاد روش های جدید برای کوچک تر کردن ترانزیستورها و tock به استفاده ی حداکثر از قدرت و سرعت پردازنده برمی گردد. بالا ترین تعداد ترانزیستور (tick )انتیل در حال حاضر به تراشه penryn تعلق دارد. که در ان ترانزیستور در مقیاس 45 نانومتر وجود دارد. نانومتر برابر با 1 میلیاردیوم متر است. برای درک بهتر،به طور متوسط موی سر انسان در حدود 100 هزار نانومتر است.
خب tock چیست؟ ان می تواند راز پردازنده های جدیدcore i7 انتل باشد،سایز ترانزیستورهای سری i7 همان اندازه ی penryn است(45 nm )،اما استفاده از معماری جدید nehalemاینتل سرعت و قدرت این پردازنده ها را افزایش داده است. به وسیله ی فلسفه ی tick-tock .
اینتل امیدوار است تا چندین سال دیگر از قانون مور پیروی کند(افزایش تعداد یا قدرت پردازنده ها) . چگونه پردازنده های nehalem با همان سایز و تعداد ترانزیستورهای penryn،عملکرد بهتری دارند؟ برای جواب باید نگاه دقیق تری به این پردازنده ها بیاندازیم شما می توانید به پردازنده ی nehalem به صورت یک پردازنده با دو بخش نگاه کنید. یک هسته core و محیط اطراف که به un-core معروف است.هسته دارای عناصر و بخش های زیر است:
1- پردازنده،که در ان عملیات پردازش حجم زیادی از داده ها صورت می گیرد.
2- یک قسمت که به زمانبندی های out-of-order اختصاص داده شده است..
3- حافظه ی cache که یک سوم از پردازنده را در بر میگیرد حافظه ی cache اجازه می دهد که پردازنده به طور موقت اطلاعات را در تراشه ذخیره کند. که باعث کمتر شدن نیاز استفاده کردن اطلاعات از بخش های دیگر کامپیوتر می شود. در هسته دو قسمت برای حافظه ی cache وجود دارد.
4- یک بخش پیش بینی ؛ که به پردازنده اجازه می دهدتا بر اساس روش های قبلی عملکرد ها را پیش بینی کند. با پیش بینی عملکرد ها،پردازنده موثر تر کار خواهد کرد در صورتی که پیش بینی ها اشتباه بود تراشه عملیات را متوقف می کند و روش یا عملکرد دیگری را بر می گزیند.
5- بقیه ی عملکرد ها ی دستوری هسته شامل decode کردن اطلاعات و سازماندهی کردن اطلاعات(data ها)می شود.قسمت uncore یک حافظه ی 8 مگابایت اضافی در حافظه ی l3 دارد. دلیل اینکه حافظه ی l3 در core نیست این است که پردازنده ی نهالم قابل تغییر (مطابق اندازه و مقیاس ) است.
یعنی اینتل می تواند تراشه هایی چند هسته ای تولید کند. هسته ها به طور مساوی به حافظه ی l3 دسترسی دارند یعنی چند هسته می تواند به یک اطلاعات خاص در یک زمان دیترسی داشته باشند.
چرا پردازنده ها را متغییر و قابل ترقی می سازیم؟ این یک راه حل دلخواهانه بر این مسئله پیجیده است. افزایش قدرت پردازش بدون ساختن پردازنده ی جدید. از یک جهت این مانند منتقل کردن چند باتری به طور سری است برنامه ی اینتل ساخت پردازنده های نهالم در مدل های 2 هسته ای ،چهار هسته ای،و 8 هسته ای است. 2 هسته ای ها مناسب برای وسایل و اسمارت فون ها هستند. و 4 هسته ای بیشتر برای pc ها و لب تاب ها مورد استفاده قرار می گیرند. و در نهایت 8 هسته ای ها بیشتر برای سرورها و دستگاه های بزرگ استفاده می شودند که نیاز به کار های سنگین دارند. به گفته ی intel پردازنده های نهالم با اختصاص یک GPU در قسمت un core ارائه می شود،که GPUعملکرد شبیه یک کارت گرافیک را دارد.
نهالم و quick puth
بر طبق گفته ایتل پردازنده های نهالم از یک سیستم به نام quick path استفاده می کنند. quick path ارتباط بین پردازنده هاو memory و قسمت های دیگر را در بر می گیرد . در پردازنده های قدیمی تر انتل دستورات در یک واحد (i/o )(ورودی و خروجی ) متمرکز شده بود که به ان کنترل کننده ی memory می گویند.
ادامه دارد ........