Informatika | Számítógép-architektúrák » Sólyom Mária - Az Intel Pentium Pro processzor

Az Intel Pentium Pro processzor jellemzői Az első P6-os architektúrájú processzor az Intel Pentium Pro processzor. Az Intel Pentium Pro processzor képezi a ma is kapható Intel Architektúrájú processzorok, az úgynevezett P6 családba tartozó processzorok alapjait. Az Intel Pentium II és az Intel Pentium III processzorok erre az architektúrára épültek különböző változtatásokkal, melyeket majd a következő fejezetekben mutatok be. Az Intel Pentium Pro processzor az Intel első hatodik generációs processzora, mely hasonlóan a P5-ös architektúrához ugyancsak 64 bites adatsínt használ, de viszont itt már a címsín szélessége 36 (32+4) bit, így a maximális címezhető fizikai memória mérete 64 Gbájt lett. A legelső P6-os processzor, amit Pro néven forgalmaztak 1995 januárjában jelent meg, mely 5,5 millió tranzisztorból épült fel. Kezdetben 133 és 150 MHz-es Pentium Pro processzorokat gyártottak, 0,6 mikrométer vonalszélességű

technológiával, de később áttértek a 0,35 mikrométeres technológiára (180 MHz felett). A processzor 2,9V egyszeres tápfeszültségen működik. Ennél a processzornál egy tokban két lapka van: a CPU és az L2 gyorsítótár (cache). Míg a P-5-ös kategóriájú processzorok foglalata Socket 4, Socket5, és Socket7, addig az Intel Pentium Pro processzor A Pentium Pro processzor tokozása eltér a P5-ös kategóriájú processzor tokozásától. a Socket8 foglalatba illeszthető A processzormagot teljesen átalakították, melybe RISC elemeket építettek be. A processzor fizikai felépítése is teljesen megváltozott az Intel Pentium P5-ös kategóriájú processzoraihoz képest. Az Intel Pentium Pro processzor mikroarchitektúrájának megvalósítása Eben a részben az Intel Pentium Pro processzor, mint szuperskalár processzor mikroarchitektúrájának megvalósítását mutatom be, és a megfelelő részeknél összehasonlítom az Intel P5 kategóriájú processzorok

mikroarchitektúrájával. Az Intel Pentium P5-ös kategóriájú processzorok egyszerű illesztett szuperskalár kibocsátást alkalmaz. (kibocsátás alatt a dekódolt mikro-utasításoknak a várakoztató pufferekbe történő eljuttatását értjük). A processzor a feloldatlan vezérlésfüggéseket spekulatív elágazáskezeléssel valósítja meg, az utasítások kibocsátása adat- és erőforrás –függőségek esetén blokkolódik. Az Intel Pentium Pro processzor fejlett szuperskalár kibocsátást alkalmaz. A processzor a feloldatlan vezérlésfüggőségeket spekulatív végrehajtással, a regiszteradatokra vonatkozó álregiszter adatfüggőségeket regiszterátnevezéssel, az adatfüggőségek és foglalt végrehajtó-egységek miatt fellépő kibocsátási blokkolódásokat pedig várakoztatással kezeli le. 1 Utasítások várakoztatása A várakoztatás lényegében leválasztja a függőségek ellenőrzését az utasítások kibocsátásától. A processzor

kibocsátáskor mindössze azt vizsgálja, hogy triviális hardvererőforrás-korlátok nem akadályozzák-e meg a kibocsátási ablakban lévő utasítások kibocsátását. A várakoztató pufferben lévő utasítások adatfüggő-mentességét a processzor az utasítás-kiküldés (kiküldés alatt a függőségmentes mikro-utasításoknak a várakoztató pufferből a végrehajtó egységekbe való továbbítását értjük) során vizsgálja meg, és az adatfüggőségektől mentes utasításokat továbbítja a Végrehajtó-Egysége ( VE) felé. A várakoztatás bevezetése az Intel Pentium Pro processzoroknál jelentős mértékben csökkenti a kibocsátási blokkolódások gyakoriságát. Az Intel Pentium P5 kategóriájú processzorok blokkoló típusú utasítás-kibocsátási módot alkalmaznak, melyben a processzor a függő utasításokat nem bocsátja ki. A függőségek vizsgálatára a kibocsátási ablakban kerül sor. Ha az ablakban lévő összes utasítás mentes a

függőségektől a processzor azokat közvetlenül a Végrehajtó-egységekhez továbbítja. Az Intel Pentium Pro processzor egyetlen 20 mikro-utasítás tárolására alkalmas központi várakoztató állomást alkalmaz a 10 rendelkezésre álló végrehajtóegység kiszolgálására. A 1 és 2. ábra az adatfüggőségi vizsgálat két típusát mutatja be 1. Ábra Utasítás várakoztatás alkalmazása 2 2. Ábra Blokkoló típusú utasítás-kibocsátás Utasítás kiküldési módok Az Intel Pentium Pro processzor sorrenden kívüli utasítás-kiküldést alkalmaz. Itt egy nem végrehajtható utasítás nem blokkolja a várakoztató pufferben, sorban következő végrehajtható utasítások kiküldését. A sorrenden kívüli kiküldés teljes megvalósításakor a várakoztató-pufferben lévő minden utasítást meg kell vizsgálni arra nézve, hogy az végrehajtható-e. A várakoztató-pufferben lévő utasítások végrehajthatóságának vizsgálatakor a processzornak

ellenőriznie kell, hogy az utasításokban hivatkozott forrásoperandusok rendelkezésre állnak-e. Ezt a regisztertár érvényességbitjének közvetlen vizsgálatával éri el a processzor. Itt a várakoztató-állomás kibocsátott utasításonként a műveleti kódot, a forrásregiszterek azonosítóit, és a célregiszterek azonosítóját tárolja. A regisztertárban lévő adatok rendelkezésre állását ugyanúgy érvényességbitek jelzik. Kiküldés során, a processzor ciklusonként ismét megvizsgálja, hogy a várakoztató állomás mely utasítása végrehajtható. Ez a vizsgálat a regisztertár (vagy átnevező puffer) azon érvényességbitjeinek ellenőrzésével hajtható végre, amelyek a tekintett utasítás forrásoperandusaihoz tartoznak. Ha mindkét forrásoperandus érvényességbitje 1, az utasítás végrehajtható. Az utasítások kiküldése során a processzor az utasítások műveleti kódját, és célregisztereinek azonosítóját a

végrehajtóegységbe továbbítja, míg a forrásregiszterek azonosítóit a regisztertárba (vagy átnevező pufferbe) küldi. A forrásoperandusoknak, a regisztertárba, s majd utána a végrehajtó egységhez való továbbítása után, a végrehajtóegység megkezdi a kijelölt művelet végrehajtását. Amikor a művelet befejeződik, az előállított eredmény értékét és az eredmény azonosítóját a processzor a regisztertárba (vagy átnevező pufferbe) továbbítja. Ennek alapján történik meg a regisztertárban a célregiszter frissítése és a hozzárendelt érvényességbit beállítása. 3 Regiszterátnevezés Utasítás kibocsátáskor a processzornak át kell neveznie a kibocsátott utasítás célregiszterét, forrásregiszterét és be kell olvasnia a hivatkozott forrásregiszterek tartalmát. A célregiszter átnevezésekor a kibocsátott utasítás célregiszteréhez egy szabad átnevező-puffer rendelődik hozzá, és az új azonosító, beíródik a

céloperandus mezőjébe. A processzor általában a célregiszter allokált átnevező-puffer indexét használja az eredmény azonosítójaként. Ezután a forrásregiszter azonosítók helyettesítése következik a hivatkozott architekturális regiszterekhez allokált átnevező-pufferek mutató, feltéve, ha a hivatkozott forrásoperandusok át vannak nevezve. Ha valamely forrásoperandus nincs átnevezve, akkor a processzor az eredeti regiszterazonosítókat írja be a várakoztató állomásba (VÁ), természetesen a műveleti kódokkal együtt. Amikor a végrehajtó egység a rábízott művelet végrehajtását befejezte a létrehozott eredményt a processzor az átnevező puffert frissítésére használja. Ezután következik az architekturális regiszter frissítése az átnevező pufferben tárolt eredménnyel. Az átmeneti eredményekkel a processzor mindaddig nem módosítja az aktuális programállapotot, amíg biztossá nem válik, hogy az nem sérti a végrehajtás

soros konzisztenciáját. Végül a processzor felszabadítja az átnevező puffert. Készítette: Sólyom Mária IV. matek – II informatika Forrás: internet 2002. november 20 4