Микроархитектура процессора Pentium II

В заключении, на примере процессора Pentium II, типичного процессора CISC-архитектуры, но с элементами RISC кратко затвердим основные черты процессоров.

	Кэш 2-го уровня 512 Кбайт

Шина

Внутрисистемный интерфейс

PCI Локальная

шина памяти

Кэш 1-го уровня данных

Кэш 1-го уровня команд

Локальная шина Кэш-памяти Локальная шина связи с мостом

Блок Блок Блок вызова, отправки, возврата декодирования выполнения   Конвейер – 7 стадий Блок 1 Блок 2 Блок 3 Регистровый АЛУ АЛУ ММХ файл Блок загрузки, сохранения

Устройство Управления

	Re Order Buffer –буфер перестройки команд (планировщик, предварительная выборка)

Рис. 6.13 Архитектура процессора Pentium II

Pentium II – один из процессоров семейства Intel. Он содержит ту же архитектуру системы команд, что и 80486, Pentium, Pentium Pro, однако с точки зрения аппаратного обеспечения, он представляет собой нечто большее. Действительно, он может обращаться к 64 Гбайт физической памяти, передавать данные в память и из памяти блоками по 64 бита, хотя и является 32-разрядной машиной. Более того, Pentium II является суперскалярным процессором.

Pentium II имеет двухуровневую кэш-память с полной Гарвардской архитектурой. Кэш первого уровня содержит 16 Кбайт для команд и 16 Кбайт для данных, а кэш-память второго уровня содержит 512 Кбайт команд и данных. Строка кэша состоит из 32 байт и работает на частоте процессора, тактовая частота кэша второго уровня в два раза меньше. На рисунке 6.12 показаны основные компоненты центрального процессора: блок вызова/декодирования, блок отправки/выполнения и блок возврата, которые вместе действуют как конвейер высокого уровня. Эти три блока обмениваются данными через пул команд - Re Order Buffer (буфер перестройки команд). Если говорить кратко, блок вызова/декодирования вызывает команды и разбивает их на микрооперации для хранения в ROB, блок отправки/выполнения получает микрооперации из буфера и выполняет их, блок возврата завершает выполнение каждой операции и обновляет регистры.

Блок вызова/декодирования содержит семи стадийный конвейер, блок отправки/выполнения содержит в своем составе блоки выполнения операций над целыми числами, блоки выполнения операций над числами с плавающей точкой и блоки выполнения команд ММХ (мультимедийная обработка данных). Блок возврата содержит в своем составе большой регистровый файл в регистрах которого хранятся значения завершенных команд, промежуточные результаты и т.д.

Система локальных шин и интерфейсов связывает ЦП с кэш-памятью второго уровня и мостом PCI, который играет важную роль в коммуникации обрабатываемых данных. Эти устройства находятся на материнской плате. Микропроцессор на аппаратном уровне поддерживает мультипрограммный режим работы ЭВМ, то есть возможность иметь в памяти одновременно несколько готовых к выполнению программ, запуск которых осуществляется операционной системой в соответствии с алгоритмами ее функционирования либо в зависимости от особых ситуаций, складывающихся в работе внешних устройств. С этой возможностью неразрывно связаны средства защиты памяти, которые обеспечивают контроль над неразрешенными взаимодействиями между отдельными программами. Они включают в себя защиту при управлении памятью и защиту по привилегиям.

Выводы

Компьютерные системы состоят из трех основных компонентов: процессоров, памяти и устройств ввода-вывода. Задача процессора заключается в том, чтобы последовательно вызывать команды из ОП, декодировать их и выполнять.

Применяемая система команд («память-регистр» или «регистр-регистр») определяют архитектуру тракта данных процессора.

Тракт данных и вид транслятора (компилятор или интерпретатор) определяют тот или иной вид процессора (RISC или CISC).

Современные процессоры содержат в своем составе как элементы RISC, так и CISC архитектуры.

Вопросы и задания

1. Объяснить значение терминов: транслятор, интерпретатор и компилятор.

2. Одно из следствий идеи фон Неймана хранить программу в памяти компьютера – возможность вносить изменения в хранимые программы. Приведите пример, где это может быть полезно применено (подсказка: подумайте об арифметических операциях над массивами).

3. Рассмотрим машину с трактом данных «регистр-регистр». Предположим, что загрузка регистров АЛУ занимает 5 нс, работа АЛУ – 10 нс, а помещение результата обратно в регистр – 5 нс. Какое максимальное число команд в секунду способна выполнить эта машина?

4. На компьютере 1 выполнение каждой команды занимает 10 нс, а на машине 2 – 5 нс. Можете ли вы с уверенностью сказать, что компьютер 2 работает быстрее?

5. Объясните различия в CISC и RISC архитектуре и к чему это приводит, в каких областях находит применение?

Дата добавления: 2014-01-11