Повышение производительности микропроцессоров Intel. Устройство прогнозирования ветвлений. Динамическое выполнение команд

Повышение быстродействия:

· Улучшения доступа к памяти

· Производительность процессора

a. Дополнительные устройства

b. Конвейеризация

c. Упрощение команд

d. Параллелизм

Предварительная выборка:

На первой стадии осуществляется предвыборка команд из кэша или оперативной памяти в один из буферов с учётом прогнозирования ветвлений, что повышает производительность на 25%. В целом, за счёт применения специального алгоритма прогнозирования ветвлений указывается правильный путь ветвлений с вероятностью 75-80% (у Р5).

Для уменьшения потерь процессорных тактов, связанных с промахами при обращении к кэш-памяти в случае выполнения команд ветвления, в состав системы кэширования вводятся средства предсказания переходов, основное назначение которых повысить вероятность наличия в кэш-памяти требуемой команды.

Устройство опережающей выборки состоит из двух 32-байтовых буферов и устройства прогнозирования ветвлений. В каждый момент времени предвыборка команд производиться в один буфер, до тех пор пока не будет выбрана команда перехода. За этим следует устройство прогнозирования ветвлений. Если оно предсказывало, что будет переход, то загружается второй буфер. Тогда начиная с команды на которую должен произойти переход, буфер 2 становится основным. Если переход предсказан ошибочно, то буферы очищаются и предвыборка начинается снова, в этом случае ЦП теряет 3-4 такта.

При предсказании переходов, не дожидаясь определения команды, на которую должен быть сделан переход, начинается выборка и исполнение команд по предсказанному направлению перехода или условное исполнение команд. В случае ошибки предсказания необходимо уничтожить все результаты работы неверно выбранных команд. Количество потерянных при этом тактов процессора зависит от глубины конвейеров функциональных устройств и их числа. В современных микропроцессорах число теряемых в результате неверного предсказания тактов может быть несколько сотен. Объём аппаратных средств, используемых для устранения последствий неправильных предсказаний, достаточно велик. Для уменьшения потерь процессорных тактов при обращении к кэш-памяти в случае выполнения команд ветвления, в состав системы кэширования вводятся средства предсказания переходов, основное назначение которых - повысить вероятность наличия в кэш-памяти наличия требуемой команды.

Исполнение условных переходов состоит из следующих этапов:

- распознавание команды условного перехода;

- проверка выполнения условия перехода;

- вычисление адреса перехода;

- передача управления в случае перехода.

Дата добавления: 2015-03-29