Микроархитектура
Cтраница 3
 |
Тракт данных с тремя шинами в микроархитектуре Mic-3. [31] |
Второй пункт связан с общей производительностью, а не со скоростью выполнения отдельной команды. В микроархитектуре Mic-2 во время первой и третьей части каждого цикла АЛУ простаивает. Если разделить тракт данных на три части, то появляется возможность использовать АЛУ в каждом цикле, вследствие чего производительность машины увеличивается в три раза. [32]
Тракт данных - это часть центрального процессора, состоящая из АЛ У ( арифметико-логического устройства) и его входов и выходов. Тракт данных нашей микроархитектуры показан на рис. 4.1. Хотя этот тракт данных и был оптимизирован для интерпретации программ IJVM, он схож с трактами данных большинства компьютеров. [33]
В данный момент микроархитектура Mic-2 выполняет большинство операций последовательно. Она помещает значения регистров на шины, ждет, пока АЛУ и схема сдвига обработают их, а затем записывает результаты обратно в регистры. [34]
Хотя программа Mic - З занимает больше циклов, чем программа Mic-2, она работает гораздо быстрее. Если время цикла микроархитектуры Mic - З составляет AT наносекунд, то для выполнения команды SWAP машине Mic - З требуется 11ДТ не, а машине Mic-2 нужно 6 циклов по ЗАТ не каждый, то есть всего 18ДТ не. Конвейеризация увеличивает скорость работы компьютера, даже несмотря на то, что один раз приходится простаивать из-за явления взаимозависимости. [35]
Проверка на ноль очень важна при выполнении циклов и в некоторых других случаях. Конечно же, это решение просто перекладывает ответственность на микроархитектуру. Бит Z на рис. 4.1 обычно вычисляется следующим образом: сначала все выходные биты АЛУ соединяются операцией ИЛИ, а затем полученный результат инвертируется. [36]
В табл. 4.4 приводится микропрограмма, которая работает на микроархитектуре Mic-1 и интерпретирует IJVM. Программа очень короткая - всего 112 микрокоманд. Таблица состоит из трех столбцов. В первом столбце записано символическое обозначение микрокоманды, во втором - сама микрокоманда, а в третьем - комментарий. Как мы уже говорили, последовательность микрокоманд не обязательно соответствует последовательности адресов в управляющей памяти. [37]
По-французски MAL значит болезнь - это то, что с вами случится, если вы будете писать слишком большие программы на этом языке. Язык MAL разработан для того, чтобы продемонстрировать основные характеристики микроархитектуры. Во время каждого цикла могут записываться любые регистры, но обычно записывается только один. Значение только одного регистра может передаваться на шину Вив АЛ У. [38]
Микроархитектура Mic-1 представляла собой очень простой вариант аппаратного обеспечения, поскольку практически все управление осуществлялось программным обеспечением. Микроархитектура Mic-4 является конвейеризированной структурой с семью стадиями и более сложным аппаратным обеспечением. Данный конвейер изображен на рис. 4.24. Цифры в кружочках соответствуют компонентам рис. 4.23. Микроархитектура Mic-4 автоматически вызывает заранее поток байтов из памяти, декодирует его в команды IJVM, превращает их в последовательность операций с помощью ПЗУ и применяет их по назначению. [39]
В данной разработке содержится конвейеризированный процессор. Благодаря этому отдельные шаги становятся очень короткими, а тактовая частота - высокой. Например, процессор Pentium II в некоторых аспектах сходен с микроархитектурой Mic-4, как мы увидим позднее в этой главе. [40]
В микроархитектуре Mic-4 блок декодирования отображает код операции IJVM в индекс ПЗУ, где хранятся соответствующие микрооперации. Кажется, что было бы проще опустить стадию декодирования и сразу передать код операции IJVM в очередь. Тогда можно использовать код операции IJVM в качестве индекса в ПЗУ, точно так же, как в микроархитектуре Mic-1. [41]
С другой стороны, не дается вообще никаких гарантий. Чтобы сделать обращения к памяти упорядоченными, программа должна выполнить команду SYNC, которая блокирует запуск всех новых операций памяти до тех пор, пока предыдущие операции не будут завершены. Эта идея сильно затрудняет работу тех, кто пишет компиляторы, поскольку для этого им нужно очень хорошо знать, как работает соответствующая микроархитектура, но зато разработчикам аппаратного обеспечения предоставлена полная свобода в оптимизации использования памяти. [42]
Одной из самых эффективных технологий одновременного увеличения пропускной способности и уменьшения времени ожидания является применение нескольких блоков кэш-памяти. Такая кэш-память имеет несколько преимуществ. Во-первых, операции могут начинаться независимо в каждой кэш-памяти, что удваивает пропускную способность системы памяти. Именно по этой причине в микроархитектуре Mic-1 нам понадобились два отдельных порта памяти: особый порт для каждой кэш-памяти. Отметим, что каждая кэш-память имеет независимый доступ к основной памяти. [43]
Существует множество способов разработки микроархитектурного уровня. Есть много различных вариантов: двухшинная архитектура - трехшинная архитектура, кодированные поля микрокоманды - декодированные поля микрокоманды, наличие или отсутствие вызова с упреждением и многие другие. Mic-4, напротив, является высокопараллельной микроархитектурой с конвейером с семью стадиями. [44]
Микроархитектура Mic-1 представляла собой очень простой вариант аппаратного обеспечения, поскольку практически все управление осуществлялось программным обеспечением. Микроархитектура Mic-4 является конвейеризированной структурой с семью стадиями и более сложным аппаратным обеспечением. Данный конвейер изображен на рис. 4.24. Цифры в кружочках соответствуют компонентам рис. 4.23. Микроархитектура Mic-4 автоматически вызывает заранее поток байтов из памяти, декодирует его в команды IJVM, превращает их в последовательность операций с помощью ПЗУ и применяет их по назначению. [45]
Страницы: 1 2 3 4