Універсальні мікропроцесори, застосовувані в ММПС. Мікропроцесори з архітектурою Itanium (IA-64) (стр. 1 из 3)
ВСТУП
1. УНІВЕРСАЛЬНІ МІКРОПРОЦЕСОРИ, ЗАСТОСОВУВАНІВ ММПС
1.1 Типи архітектур універсальних мікропроцесорів
1.2.Архітектура PENTIUM
1.2.1 Призначення функціональних блоків
1.3 Архітектура PENTIUM MMX
1.4 Архітектура PENTIUM PRO (P6)
2. МІКРОПРОЦЕСОРи з АРХіТЕКТУРОЮ ITANIUM (IA-64)
2.1 Формати та засіб обробки команд
2.2 Структурна схема ITANIUM
2.3 Призначення програмних регістрів
ЛІТЕРАТУРА
ВСТУП
Тема реферату «Універсальні мікропроцесори, застосовувані в ММПС. Мікропроцесори з архітектурою Itanium (IA-64)» з дисципліни «Мультимікропроцесорні системи».
Мультимікропроцесорні системи (ММПС) - це системи, що мають два й більше компонент, які можуть одночасно виконувати команди. Підпорядкованими процесорами можуть бути спецпроцесори, розраховані на виконання певного типу завдання або процесори широкого застосування. Спецпроцесори - співпроцесори, процесори вводу-виводу.
У міру зменшення відносини вартість/продуктивність стає більше економічним застосовувати кілька мікропроцесорів (далі ─ МП), замість одного складного
Крім поліпшення економічних показників системи, мультипроцесорні конфігурації забезпечують кілька позитивних якостей, відсутніх в однопроцесорній конфігурації.
Кілька процесорів краще пристосовуються під вимогу конкретного застосування, крім витрат на непотрібні можливості централізованої системи. Більше того, модульність ММПС дозволяє в міру необхідності вводити додаткові процесори.
У ММПС завдання розподіляються між модулями. При виникненні відмови у системі простіше та дешевше знайти й замінити несправний процесор, чим заміняти (відшукувати) елемент, що відмовив, у складному процесорі.
1. УНІВЕРСАЛЬНІ МІКРОПРОЦЕСОРИ, ЗАСТОСОВУВАНІ В ММПС
1.1 Типи архітектур універсальних мікропроцесорів
Домінуюче положення на ринку мікропроцесорів займають мікропроцесори фірми Intel - 90 % усього виробництва, інші 10 % - RISC процесори. Існують наступні типи архітектур МП:
- архітектура х86 - фірма Intel (Pentium P5,P6, P-PRO, P-MMX), фірма AMD (K5,K6), фірма CYRIX (M1,M2);
- архітектура PA - фірма HP (PA-8000);
- архітектура ALPHA - фірма DEC (ALPHA 21064, 21164,21164A);
- архітектура SPARS - фірма SUN (лінія SPARS);
- архітектура MIPS - компанія SILICON GRAPHICS (лінія MIPS R-X (R1000));
Ті самі МП використаються в ПЕОМ, робочих станціях і супер-ЕОМ. У двох останніх випадках найчастіше використаються симетричні МП і обчислювальні системи з масовим паралелізмом.
На сьогоднішній день всі основні виробники мікропроцесорів мають приблизно рівні технологічні можливості, тому в боротьбі за основну характеристику (тактова частота) виходить фактор архітектури.
На даний момент часу існують два напрямки розвитку архітектури:
- SPEED DAEMON - досягнення високої продуктивності за рахунок підвищення тактової частоти;
- BRAINIAC - досягнення високої продуктивності за рахунок ускладнення логіки планування обчислень і внутрішньої структури МП. Загальна особливість всіх МП - високошвидкісна обробка 64-розрядних операндів з фіксованою й плаваючою крапкою.
 |
Малюнок 1. Структура мікропроцесора Pentium 4
Технічні характеристики:
- тактова частота від 60 до 200 Мгц;
- близька до суперскалярної архітектура;
- роздільні К-П даних і команд;
- пророкування переходів;
- високопродуктивні операції із плаваючою крапкою;
- удосконалена 64-розрядна шина даних;
- наявність засобів забезпечення цілісності даних;
- SL-технології із засобами керування;
- підтримка багатопроцесорності;
- підтримка різних розмірів сторінок пам'яті;
- моніторинг продуктивності.
Суперскалярна організація (виконання декількох команд за один такт) здійснюється за рахунок двох конвеєрів.
Подвійний конвеєр Pentium виконує целочислені команди в п'ять етапів:
- передвиборка;
- декодування 1;
- декодування 2;
- виконання;
- запис результатів.
При цьому кілька команд можуть перебувати на різних етапах виконання (конвеєри залежні, тобто при зупинці одного, зупиняється й другий ).
мікропроцесор pentium itanium
1.2.1 Призначення функціональних блоків
К-П частково асоціативна з розміром рядка рівним 32 байтам. Буфер TLB перетворить адресу комірки зовнішньої пам'яті у відповідну адресу даних у К-П. К-П даних використає метод зворотного запису й протокол MESI. Наявність блока предсказування переходів - перший тип МП із такою характеристикою. Виконання твердження переходів здійснюється через буфер BTB і два буфери попередньої вибірки. Перший буфер - для попередньої вибірки команд у припущенні, що переходу немає. Другий буфер – під час передвиборки використується буфер BTB, у якому зберігається вміст при виконанні переходу. Підтримуються й вкладені цикли, тому що BTB зберігає кілька адрес переходів і до 256 результатів переходів.
Операції із плаваючою крапкою
Блок операцій із плаваючою крапкою розташований усередині кристала й використовує складні 8-рівневі конвеєри й внутрішні функції. Більшість команд із плаваючою крапкою починають виконуватися в одному із цілочисельних конвеєрів, а потім передаються на конвеєри із плаваючою крапкою. Функції додавання, ділення й множення реалізовані як внутрішні функції. Блок із плаваючою крапкою Pentium у порівнянні з i486 виконує операції в 10 разів швидше.
64-розрядна шина даних
При цій шині даних обмін МП із пам'яттю здійснюється зі швидкістю 528 Мбайт /с, тобто в 5 разів перевищує максимальну швидкість IntelDX2 66 Мгц - 105 Мбайт/с.
Розширена шина даних підтримує потік команд і даних, переданих суперскалярному виконавчому процесорному ядру, що сприяє підвищенню інтенсивності обробки. У результаті загальна продуктивність в 2,5 рази вище IntelDX2.
Крім цього, Pentium організує конвеєризацію циклів шини, що дозволяє почати другий цикл до завершення першого. Це дає підсистемі пам'яті більше часу для декодування адреси й внаслідок чого можна застосовувати більше повільні й менш дорогі елементи пам'яті, що відбивається на вартості системи. Крім того, збільшенню пропускної здатності й надійності системи сприяє підтримка пакетного читання й запису, перевірка парності адреси й даних.
Для підвищення швидкості виконання послідовних операцій запису в пам'ять Pentium має два буфери запису ( по одному на кожний конвеєр), завдяки яким процесор може продовжувати роботу, виконуючи наступні команди, хоча результат однієї з поточних команд ще не записаний в пам'ять через зайнятість шини.
Засоби забезпечення цілісності даних
Забезпечення внутрішнього виявлення помилок (наявність бітів парності внутрішніх буферів процесора), а також тестування за допомогою функціональної надмірності (використання двох МП - основного й що перевіряє). У парі ці МП виконують паралельні обчислення. Один МП порівнює результати обчислень із результатами обчислень другого МП. У випадку непорівняння результатів генерується переривання.
Керування енергоспоживанням
Здійснюється на двох рівнях - на рівні МП і на рівні системи. На першому рівні - при виконанні завдань, не потребуючі виконання інтенсивних обчислень (редагування текстів), переклад МП у режим зі зниженою тактовою частотою й зниженою напругою живлення. Можливий навіть SL- режим (сплячий). На другому рівні використається режим SMM (System Management Mode), що контролює енергоспоживання у всім ПК (включаючи периферійні пристрої). Цей режим забезпечує інтелектуальне керування системою, що дозволяє МП сповільнювати функціонування, припиняти або повністю припиняти роботу окремих системних компонентів.
Підтримка мультипроцесорності
Здійснюється з використанням протоколу когерентності К-П MESI, а також за допомогою контролера багатопроцесорних переривань, що підтримує до 60 процесорів і 2-входового контролера К-П другого рівня, що дозволяє двом процесорам спільно використати одну К-П другого рівня.
Підтримка різних розмірів сторінок пам'яті
Для першого режиму розмір сторінок дорівнює 4 Кб, а для другого - 4 Мб. Для програмного забезпечення цей режим прозорий. Він уведений для зменшення частоти перемикання сторінок у складних графічних додатках і ядрі операційної системи.
Моніторинг продуктивності
Це засіб, що дозволяє проектувальникам системи й розроблювачам додатків оптимізувати апаратне й програмне забезпечення, завдяки виявленню в програмному коді «вузьких місць». Розроблювачі можуть спостерігати й підраховувати такти для внутрішніх процесорних подій, що впливають на продуктивність операції читання й записи, на промах і влучення в К-П, перериванню, використання системної шини.
1.3 Архітектура PENTIUM MMX
МП Pentium ММХ містить у собі всі функції Pentium плюс 57 додаткових команд (реалізація мультимедійних алгоритмів), цифрова обробка сигналів, операції над векторами, згортка, перетворення Фур'є.
Також реалізовані подвоєні обсяги К-П даних і команд ( по 16 Кбайт кожна), розширена конвеєризація - 6 команд. Поліпшено логіку пророкування переходів і здійснена більше глибока буферізація пам'яті.
Для виконання додаткового набору команд використається ММХ - пристрій і блок регістрів із плаваючою крапкою. Додані 8 ММХ регістрів (ММ0-ММ7). Вони фізично сполучені з 64-розрядними регістрами із плаваючою крапкою тому що можуть бути використані тільки над операціями із ММХ даними.
Швидкість виконання мультимедійних операцій на 60 % вище в порівнянні з Pentium.
1.4 Архітектура PENTIUM PRO (P6)
Застосовується при проектуванні старших моделей робочих станцій і мультипроцесорних систем. Ефект використання досягається тільки для 32-розрядних додатків. Нова конструкція корпуса, що складається із двох мікросхем, поміщених в один керамічний корпус і не погодиться з виводами Pentium. У випадку використання Pentium-PRO необхідний перехід на нові системні плати.