Микроархитектура процессора

ОП

В заключении, на примере процессора Pentium II, типичного процессора CISC-архитектуры, но с элементами RISC кратко рассмотрим основные черты реального процессора IA-32.

Внутрисистемный интерфейс

Шина PCI

шина памяти

Кэш 1-го уровня данных

Кэш 1-го уровня команд

Локальная шина кэш-памяти Локальная шина связи с мостом

Устройство Управления и Операционные Устройства

Рис. 4.4 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, который располагается на отдельной микросхеме. Строка кэша состоит из 32 байт и работает на частоте процессора, тактовая частота кэша второго уровня в два раза меньше. На рисунке 6.4 показаны основные компоненты центрального процессора:

Устройство Управления - вызывает команды из памяти, определяет их тип (декодирует), интерпретирует эти команды (ПЗУ – интерпретатор) и организует обращение к памяти (поиск операндов, запись результатов и т.д.), обрабатывает поступающие на процессор запросы на прерывание, управляет прямым доступом к памяти (ПДП), служит для временного отключения процессора от внешних шин и организации прямого доступа к памяти различным устройствам ввода/вывода;

УУ содержит - 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, переупорядочивания 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 выборки строк кэш памяти, декодер длины команд и блок выравнивания команд (поскольку в наборе команд Intel содержатся команды разной длины и разного формата), блок декодирования (превращение каждой команды IA-32 в одну или несколько микроопераций), декодирующий за один цикл три команды. Далее блок формирования очереди микроопераций выстраивает очередь, прогнозирует ветвление

Блок отправки/выполнения содержит в своем составе блоки выполнения операций над целыми числами - АЛУ, блоки выполнения операций над числами с плавающей точкой- FPU 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. Pentium II поддерживает процедуру спекулятивного выполнения, поэтому некоторые команды будут выполнятся напрасно, и их результаты никуда не нужно сбрасывать.

Внутрисистемный интерфейс или интерфейс магистрали – реализует протоколы обмена ЦПУ с памятью компьютера, контроллерами устройств ввода/вывода, управляется контроллером магистрали. Система локальных шин и интерфейсов связывает ЦП с кэш-памятью второго уровня и мостом PCI, который играет важную роль в коммуникации обрабатываемых данных.

Контроллер прерываний обрабатывает поступающий запрос на прерывание (насильственный перевод процессора с выполнения текущей программы на выполнение экстренно необходимой программы), определяет адрес начала программы обработки прерывания и возвращения к текущей программе.

Контроллер ПДП служит для временного отключения процессора от магистрали и предоставления прямого доступа к памяти внешнему устройству.

Регистровая сверхбыстродействующая память регистровый файл, регистровая память, содержащая: специальные регистры (счетчик команд, регистр команд, регистр данных и т.д.) и регистры общего назначения (РОН)– память для временного хранения операндов, сегментные регистры для организации логической памяти.

Дата добавления: 2014-01-06