Определение понятий «архитектура» и «микроархитектура» процессора.
Архитектура процессора – это его программная модель (программно видимые свойства)
Микроархитектура процессора (внутренняя реализация программной модели). Различные микроархитектурные реализации направлены на повышение быстродействия (производительности):
применение RISC-ядра для исполнения микрокоманд
конвейеризация выполнения инструкций
распараллеливание выполнения инструкций (суперскалярный процессор – этот тот которые имеет более одного конвейера)
предсказание переходов и на его основе спекулятивное исполнение
Базовая микроархитектура микропроцессора
СчАК (счетчик адреса команды) – содержит адрес следующей команды исполняемой программы.
УА (Управляющий автомат) – дешифрирует текущую команду поступившую через шиноформирователь 3 (BD3) с шины данных и разворачивает ее исполнение в последовательность шагов (микрокоманд).
РгК – регистр команд.
Каждая микрокоманда оперирует максимум 2-я операндами, помещаемых в регист А (РгА) и регистр B (РгВ). АЛУ производит действие формируя результат в регистр результата (РгР) и флаги.
Основные характеристики процессоров. Эволюция процессоров.
Основные характеристики процессора:
1) Быстродействие – количество операций в секунду (MIPS). Зависит от количества тактов затрачиваемых на 1 машинный цикл.
2) Тактовая частота – количество тактов в секунду (Гц).
3) Частота системной шины (фронтальная шина)
4) Разрядность (шины адреса и шины данных).
5) Объем адресуемой памяти.
Различные варианты микроархитектуры процессора: cisc, risc, misc, vliw.
CISC – ( Complex Instruction Set Compution ) вычисления со сложным набором команд.
RISC – х86 (Reduced Instruction Set Compution) – сокращенный набор команд. Характеризуется наличием команд фиксированной длины, наличием большого количества регистров, операций типа регистр-регистр, а так же отсутствием косвенной адресации. Упрощение набора команд призвано сократить конвейер, что позволяет избежать задержек на операции условных и безусловных переходов. Однородный набор регистров упрощает работу компилятора при оптимизации исполняемого кода.
MISC – (Minimum Instruction Set Compution) – с минимальным набором команд. Основана на стековой вычислительной модели . Число команд минимально.
VLIW (Very Lang instruction word) – архитектура с командами сверх большой длины. С явно выраженным параллелизмом вычислений уже заложенных в систему команд процессора. Компилятор пытается объединить команды которые могут выполняться параллельно в пакеты те в так называемую сверх длинную команду (от 256 до 1024 бит). Команда состоит из нескольких полей (по числу команд), каждое из которых описывает операцию для конкретного функционального блока. Похоже на статическую суперскалярную архитектуру (существует несколько конвейеров для исполнения) – распараллеливание на этапы компиляции, а не во время исполнения программы. Развитием этой архитектуры стала архитектура
EPIC (Explicitly parallel instruction comp) (другое название IA-64). Команды упакованы по 3 штуки в 128 битные пакеты. Очень сложно обеспечить совместимость. Проще чем использовать новую систему команд, нужно использовать расширения для возможность работы с 64.