Читать «Архитектура компьютера» онлайн - страница 48

Все микросхемы Intel обратно совместимы со всеми своими предшественниками вплоть до модели 8086. Другими словами, программы, написанные когда-то для 8086, исполняются на Pentium 4 без каких бы то ни было изменений. Обратная совместимость в течение длительного времени является одним из основных принципов проектирования в Intel — соблюдение этого принципа позволяет сохранить предыдущие инвестиции в программное обеспечение. Естественно, поскольку модель Pentium 4 на три порядка сложнее, чем 8086, ее возможности несопоставимо шире. Из-за постепенных расширений, которые проектировщикам процессоров приходилось внедрять для достижения этой цели, архитектура получилась не такой элегантной, как если бы разработчики Pentium 4 получили 42 миллиона транзисторов и начали бы все строить «с нуля».

Интересно, что хотя закон Мура раньше ассоциировался с числом битов в памяти компьютера, он в равной степени применим и к процессорам. Если напротив даты выпуска каждой микросхемы поставить количество транзисторов на этой микросхеме по полулогарифмической шкале (см. табл. 1.4), мы увидим, что закон Мура действует и здесь. График показан на рис. 1.9.

10G

га

Закон Мура802868086Pentium IIPentiumс Core i7Core 2Core Duon Pentium 4Pentium III8080
1G100M -10M -1M -100K -
80088008Pentium Pro8048680386

^10K 4004

1K

100

10

1 1970

1975

1980

1985

1990

1995

2000

2005

2010

Год выпуска

Рис. 1.9. Закон Мура действителен и для процессоров

Вероятно, закон Мура будет действовать еще несколько лет, однако уже сейчас начинает проявляться проблема, способная нарушить тенденцию — теплоотдача. В настоящее время тактовая частота повышается за счет уменьшения размера транзисторов, что, в свою очередь, вызывает потребность в более высоком напряжении. Потребление энергии и теплоотдача прямо пропорциональны квадрату напряжения, а, значит, чем выше скорость, тем больше выделяется тепла, которое необходимо отводить. Процессор Pentium 4 с тактовой частотой 3,6 ГГц потребляет 115 Вт. При этом он выделяет примерно столько же тепла, сколько лампочка на 100 Вт. Чем больше повышается тактовая частота, тем заметнее становится проблема.

В ноябре 2004 компания Intel была вынуждена отменить выпуск модели Pentium 4 с тактовой частотой 4 ГГц из-за проблем с теплоотводом. Большие вентиляторы способны решить проблему, но они слишком шумные, что, естественно, не нравится пользователям. Водяное охлаждение, применяемое на мэйнфреймах, совершенно неприемлемо для настольных машин, не говоря уже о ноутбуках. Поэтому некогда безудержный рост тактовой частоты, вероятно, на некоторое время поуспокоится — по крайней мере, до того момента, когда инженеры Intel придумают эффективный способ отвода тепла. В планах Intel теперь другие новации — компания планирует разместить на одной микросхеме два процессора и снабдить ее общим кэшем большого объема. Поскольку величина энергопотребления определяется напряжением и тактовой частотой, два процессора на одной схеме потребляют значительно меньше энергии, чем один, работающий на удвоенной скорости. Таким образом, действие закона Мура может в будущем перейти с повышения тактовых частот на увеличение количества ядер и объема встроенных кэшей. Использование мультипроцессоров усложняет задачу программиста, потому что в отличие от изощренных однопроцессорных микроархитектур прошлого, способных выжать больше производительности из существующих программ, мультипроцессоры заставляют программиста явно управлять параллельным выполнением с использованием программных потоков, семафоров, общей памяти и других технологий — хлопотных и подверженных ошибкам.