3.2. Risc-процесор Alpha 21164 компанії dec
Даний МП являє собою поліпшений варіант МП Alpha 21064. Він має в 1,5 рази більшу продуктивність, яка становить 1,2 мільярда операцій в секунду. Розроблено кілька варіантів такого RISC-процесора, які працюють на частотах 266, 300 МГц, в останніх моделях частота доведена до 500 МГц. На відміну від інших RISC-процесорів він має на кристалі вбудований кеш другого рівня L2 ємністю 96 КБ. З 9,3 млн транзисторів, які розташовані на його кристалі, 7,4 млн транзисторів використовуються для побудови цього кеша. Цей RISC-процесор є найбільш енергоспоживаючим (до 50 Вт) і дорогим. Структурна схема Alpha 21164 представлена на рис. 3.3.
Рисунок 3.3 Структурна схема Alpha 21164
Де:
ПСШ - пристрій сполучення з системною шиною, два роздільних кеш L1 команд 8 КБ і даних - 8 КБ, чотири виконавчих пристрої: два цілочисельної арифметики ALU E0 b ALU E1 і два з плаваючою точкою: FA - для операцій додавання, ділення і розгалуження, FM - для виконання операцій множення. Крім згаданих блоків до складу RISC-процесора включаються блок запитів до кеш-пам'яті L2 і ПВДК - пристрій вибірки і дешифрування команд.
RISC-процесор Alpha 21164 має дуже довгі конвеєри для реалізації команд ЦА (7-ступінчастий) і для виконання операцій з плаваючою точкою (9-ступінчастий). Чотири ступені в цих конвеєрах однакові і використовуються для вибірки команд. Три інших конвеєра ЦА розподілені наступним чином: два ступені - виконавчі і один для запису результату. П'ять інших ступенів другого конвеєра розподілені так: чотири для реалізації операції з ПК і один для запису результатів.
Процедура реалізації команд починається з попередньої вибірки, під час якої з кеш-команд вибираються чотири команди за один такт. Ці команди поміщаються в спеціальний буфер, дешифруються і сортуються з метою їх наступної передачі на відповідний конвеєрний пристрій. Для прискорення роботи конвеєрів регістрові файли мають відповідно для ЦА - чотири порти для читання і два порти для запису, для ПК - п'ять портів для читання і чотири для запису. З метою скорочення простою конвеєрів через відсутність операндів RISC-процесор виконує команди і під час відсутності даних у кеш-пам'яті L2.
На відміну від інших RISC-процесорів, в процесорах Alpha команди виконуються в порядку їх надходження, що суттєво скоротило структуру системи управління. З метою прискорення процедур отримання інформації через непотрапляння в кеш змінних спеціальний блок аналізу запитів до цієї пам'яті, який збирає родинні запити, об'єднує їх у чотири групи і лише після чого відбувається звернення до кеш-пам'яті L2. Завдяки вбудованій кеш-пам'яті L2 може бути організована робота без використання кеш-пам'яті третього рівня. Якщо така пам'ять відсутня продуктивність МПС зменшується всього на 10%. Системна шина в даному RISC-процесорі може працювати на частотах 20-100МГц.
Остання розробка компанії DEC - RISC-процесор Alpha 21264 - працює на частоті 500 МГц, використовує на чипі вже 15,2 млн транзисторів. У цьому процесорі реалізовано складний алгоритм реалізації команд зі зміною порядку їх виконання, в попереджувальних вибіркою. У цьому процесорі одночасно виконуються вже 6 команд, а не 4 як в попередній моделі.