Скачиваний:   0
Пользователь:   andrey
Добавлен:   13.01.2015
Размер:   115.5 КБ
СКАЧАТЬ

MotorolaСтруктура трехкристального RISC микропроцессора третьего поколения семейства 88000 фирмы Motorola.

 

Архитектура микропроцессоров семейства 88000 предполагает размещение целочисленного блока и блока с плавающей точкой на кристалле центрального процессора 88100 и комбинированные устройства управления памятью с кэш-памятью данных и команд.

Комплект МС88000 содержит кристалл процессора и два идентичных кристалла кэш-памяти, один из которых предназначен для хранения данных , а другой - команд. Процессор - это прибор 88100 , построенный на базе небольшого эффективного регистрового блока с табличным распределением регистров (по методу SCOREBOARD-'табло') и содержащий вычислительные блоки для выполнения как целочисленных операций , так и операций с плавающей точкой . При работе на тактовой частоте 20 МГц его номинальное быстродействие , по данным фирмы MOTOROLA , в миллионах команд в секунду эквивалентно суммарному быстродействию семнадцати компьютеров VAX-11/780 корпорации DEC, а при измерении по методу Драйстоуна составляет 34000 Оп/с, что делает его одним из наиболее быстродействующих существующих RISC-процессоров. Кристалл кэш-памяти 88200 выпускается с встроенным устройством управления памятью (УУП).

Главное преимущество архитектуры 88000 - способность  параллельного выполнения многих операций :

Блок данных , размещаемый на кристалле процессора , позволяет осуществлять обмен данными между кэш-памятью данных и регистровым блоком, а блок команд - обмениваться командами между кэш-памятью команд и регистровым блоком . Одновременно устройство для обработки целых чисел и полей битов будет выполнять команды параллельно с операциями , происходящими в блоке с плавающей точкой , состоящем из двух подблоков . Эти возможности параллельной работы , предусмотренные в комплекте кристаллов . позволяют создавать два особенно важных вида систем , для которых , как заявляет фирма MOTOROLA , не пригоден ни один другой RISC -процессор; речь идет о многопроцессорных и отказоустойчивых системах. Основой архитектуры нового семейства 88000 является регистровый блок процессора: (ключевое отличие от других RISC-архитектур)

Очень важное значение имеет выбор размера регистрового блока. Он должен быть достаточно большим , чтобы удовлетворять нужды компьютера, но не настолько большим , чтобы его среднее время реакции стало слишком длительным . необходимость создания хорошего сверхскоростного регистрового блока в этом случае была настоятельной , поскольку данный блок должен обслуживать многие функциональные устройства , работающие параллельно. Разработчики решили создать небольшой эффективный регистровый блок применяя для его построения принципы суперкомпьютерной архитектуры, аналогичные принятым в машинах компании CRAY. Процессор 88100 содержит регистровый блок из тридцати двух 32-битных регистров со встроенной схемой табличного распределения регистров, которая следит за состоянием регистров, так что программистам не приходится об этом беспокоится, когда собирается вся необходимая информация , регистровый блок дает сигнал к началу выполнения операций различных функциональных устройств. Оригинальная внутренняя шина кристалла-кремниевая шина:

Соединяет регистровый блок с параллельно работающими специальными функциональными устройствами, каждое специальное функциональное устройство процессора 88100 имеет свой адрес на шине, что касается ввода-вывода, то разработчики выбрали полную 'гарвардскую' архитектуру. Это означает, что они целиком разделили устройство ввода - вывода для данных и команд, причем каждое устройство в\в реализовали с полным 32-бит трактом для обработки как адресов, так и данных.

Разработчики первых RISC-микропроцессоров игнорировали команды с плавающей точкой , поскольку их нельзя выполнять за один такт . Росс и его группа разработчиков решили, что команды с плавающей точкой и тем самым блок для выполнения операции с плавающей точкой должны принадлежать тракту обработки данных RISC-машины, поэтому они создали параллельный блок с плавающей точкой, названный ими специальным функциональным устройством 1, состоящим из двух частей :умножителя и сумматора. Блок с плавающей точкой - неотъемлемая часть структуры RISC процессора, обладающая равными возможностями доступа к регистровому блоку, кремниевой шине и к блокам данных и команд, в каждом такте может начинаться выполнение двух операций с плавающей точкой, одного сложения и одного умножения, здесь не приходится терять в скорости из-за необходимости обращаться к внекристальным средствам для выполнения операций с плавающей точкой.

Базовый комплект MC88000 содержит кристалл процессора и два идентичных кристалла Кэш-памяти, один из которых предназначен для хранения данных, а другой - команд.

Кристалл Кэш-памяти 88200 выпускается со встроенным устройством управления памятью (УУП).

Блок данных, размещаемый на кристалле процессора , позволяет осуществлять обмен данными между Кэш-памятью данных и регистровым блоком, а блок команд обменивается командами между Кэш-памятью команд и регистровым блоком. Что касается ввода-вывода, то разработчики выбрали полную 'Гарвардскую' архитектуру . Это означает , что они целиком разделили устройство ввода - вывода для данных и команд, причем каждое устройство в/в реализовали с полным 32-бит. трактом для обработки как адресов, так и данных. Подсистема Кэш-памяти 88200 со встроенным УУП. Данная подсистема предназначена для работы с четырехпортовой 'Гарвардской' архитектурой процессора с 32-бит портами адресов и данных блока данных, который подключается к банку, содержащему до четырех подсистем Кэш-памяти/УУП .

Kеш-память 88200 выполнена по множественно-модульно-ассоциативному (set- associative) принципу, а не по принципу прямого отображения. В первом случае каждому адресу основной памяти могут соответствовать две или более ячеек Кэш-памяти, а во втором случае каждой ячейке основной памяти назначается конкретный адрес Кэш-памяти.

Множественно-ассоциативный принцип управления Кэш-памятью  существенно уменьшает вероятность "пробуксовки" возникающей в Кэш-памяти прямого отображения, когда два последовательно используемых адреса сталкиваются в этой Кэш-памяти. Кристалл 88200 - это полная подсистема множественно-ассоциативной Кэш-памяти на четыре направления и УУП с высокоскоростным статическим Кэш-ЗУПВ емкостью 16 Кбайт на кристалле. Эффективная секция управления шиной памяти автоматически обеспечивает когерентность Кэш-памяти при работе в многопроцессорных конфигурациях. Реализованная в кристалле 88200 множественно-ассоциативная организация Кэш-памяти обеспечивает отображение каждой ячейки основной памяти на четыре ячейки Кэш-памяти, что способствует уменьшению вероятности столкновений между адресами основной памяти в Кэш-памяти. Кристалл 88200 является также физической Кэш-памятью - в противоположность логической Кэш-памяти, которую реализуют некоторые пользователи RISC-микропроцессоров .Физическая Кэш-память отличается от логической тем, что ее не приходится полностью очищать при переключениях с задачи на задачу, как логическую.

УПП осуществляет преобразование адресов, причем это может делаться одновременно с поиском данных в Кэш-памяти . Часть логического адреса передается в Кэш-память, когда полный адрес поступает в УУП. Если имеет место попадание для Кэш-памяти (искомые данные находятся здесь), Кэш-память выдает всех "кандидатов" из четырехмодульной ассоциации, однако поскольку использовалось только часть логического адреса, пока еще неизвестно какое из четырех слов запрашивается. В этот момент преобразованный физический адрес из УУП также оказывается готовым, так как он вычисляется параллельно. Теперь, поскольку все четыре слова Кэш-памяти найдены и представлены одновременно, нужное слово можно быстро выбрать. Еще один параллельный процесс - это текущее управление когерентностью Кэш-памяти. На каждом кристалле 88200 размещается специализированный процессор, так называемый контроллер шины памяти, который следит за когерентностью Кэш-памяти. Этот контроллер непрерывно наблюдает за тем, какие изменения производятся в ячейках основной памяти и во всей Кэш-памяти , гарантирует когерентность своей собственной Кэш-памяти - текущие правильные слова сохраняются, а устаревшие и недействительные значения вычищаются.

Весь набор кристаллов рассчитан на параллельную работу – фирма MOTOROLA INC. заявляет, что одновременно могут выполняться одиннадцать операций. Как правило, подсистема Кэш-памяти будет осуществлять управление когерентностью, проверять наличие и отсутствие нужных слоев в Кэш-памяти и производить преобразование адресов. В то же самое время блок данных и блок команд, размещаемые на кристалле процессора, будут взаимодействовать с регистровым блоком, целочисленного устройства.

Архитектура семейства 88000 предусматривает необычайные возможности расширения, например, разработчики из фирмы MOTOROLA зарезервировали 256 кодов операций для каждого специального функционального устройств. А также выделили дополнительные адреса кремниевой шины для шести будущих специальных устройств - с номерами от 2 до 7, заказчики могут сами вводить дополнительные специальные функциональные устройства; для этого они должны разработать устройство со своими командами, а фирма MOTOROLA реализует его.

По-видимому, у фирмы Motorola имеется еще дополнительные возможности повышения скоростных характеристик RISC-процессоров. Кристаллы, изготавливаемые по 1.5 мкм КМОП-технологии с двухслойной металлизацией и двумя слоями поликремния, могут быть переведены на 0.8 мкм технологию независимо от архитектуры, которая как указывает Браун, оптимизирована для работы с операционной системой UNIX.

В архитектуру 64-х разрядного КМОП-процессора М88110 компании MOTOROLA входит  два целочисленных процессора наряду со встроенным процессором  с  плавающей точкой, сдвоенная кэш-память и тест порт стандарта JTAG. Кроме того процессор поддерживается однокристальным контроллером  кэш-памяти  второго  уровня с возможностью адресации кэш-памяти  емкостью  до 1 Мбайт. RISC-процессор компании MOTOROLA содержит  также  графический  сопроцессор,  позволяющий  выполнять интерактивные  операции  с  трехмерными графическими изображениями без отдельного графического процессора-контроллера.

Разработчики компании MOTOROLA выбрали для своего RISC - процессора   одинаковые двухканальные множественно - ассоциативные  кэш-памяти по 8 Кбайт. В обеих кэш-памятях процессора используются 64-разрядные  внутренние   интерфейсы.  Кроме  того   используется 64-разрядный внешний интерфейс данных для работы с внекристальными кэш-памятями второго уровня.

Устройство  с  плавающей  точкой  ( FPU) позволяет выполнять 80-разрядные  операции  двойной  точности  с расширением , а также вычисления  одинарной и двойной точности. Трехступенчатый конвейер позволяет  на каждом такте запускать команды умножения и сложения. Это приводит к трехтактной задержке при вычислениях любой точности, однако  снижает  потери  времени  из-за  зависимости  по  данным и обеспечивает  возможность  выполнять в устройстве FPU вычисления с максимальным   быстродействием.   Кроме  того ,  блок  деления  по основанию  8  минимизирует  время ,  затрачиваемое  на  выполнение операции деления.

     Для целочисленных  операций разработчики увеличили разрядность трактов данных  и использовали два 64-разрядных АЛУ, что позволяет получать   80-разрядные   результаты .  Регистровые  блоки  общего назначения ,  поддерживающие  эти  АЛУ  представляют  собой четыре 80-разрядных  порта  чтения  и  два  80-рарядных   порта  записи . Предусматривается также буфер предыстории , в котором запоминается состояние  машины , так что в случае обнаружения ошибки на текущей команде  можно  восстановить  полностью  состояние  процессора  для предыдущей команды.

     Разработчики  компании  MOTOROLA  назвали  архитектуру своего процессора " симметричной суперскалярной ", поскольку она почти не накладывает  ограничений  на порядок выполнения команд - например, она  не предъявляет требований по упорядочению, по составлению пар или  по  совмещению  -  и  содержит  по  нескольку  исполнительных устройств, благодаря чему повышается степень параллелизма.

 

 

Наверх страницы

Внимание! Не забудьте ознакомиться с остальными документами данного пользователя!

Соседние файлы в текущем каталоге:

На сайте уже 21970 файлов общим размером 9.9 ГБ.

Наш сайт представляет собой Сервис, где студенты самых различных специальностей могут делиться своей учебой. Для удобства организован онлайн просмотр содержимого самых разных форматов файлов с возможностью их скачивания. У нас можно найти курсовые и лабораторные работы, дипломные работы и диссертации, лекции и шпаргалки, учебники, чертежи, инструкции, пособия и методички - можно найти любые учебные материалы. Наш полезный сервис предназначен прежде всего для помощи студентам в учёбе, ведь разобраться с любым предметом всегда быстрее когда можно посмотреть примеры, ознакомится более углубленно по той или иной теме. Все материалы на сайте представлены для ознакомления и загружены самими пользователями. Учитесь с нами, учитесь на пятерки и становитесь самыми грамотными специалистами своей профессии.

Не нашли нужный документ? Воспользуйтесь поиском по содержимому всех файлов сайта:



Каждый день, проснувшись по утру, заходи на obmendoc.ru

Товарищ, не ленись - делись файлами и новому учись!

Яндекс.Метрика