P6 архитектурасының сипаттамасы мен процессорлардың микроархитектурасы

МАЗМҰНЫ КІРІСПЕ................................................................................................................3 НЕГІЗГІ БӨЛІМ...................................................................................................4 1 Р6 ҰЙЫМЫ ПРОЦЕССОРЛАРЫНЫҢ СИПАТТАМАСЫ МЕН ЕРЕКШЕЛІКТЕРІ................................................................................................4 Архитектура ерекшеліктері...........................................................................7 Р6 ұйымы процессорларының түрлері..........................................................9 2 Р6 ҰЙЫМЫ ПРОЦЕССОРЛАРЫНЫҢ МИКРОАРХИТЕКТУРАСЫ.......17 2.1 Intel P6 ұйымы процессорларының құрылымы мен 2.2 Pentium II процессорының Fetch/Decode Unit және Dispatch/Execute 2.3 Retire Unit және Bus Interface Unit модулі.................................................23 3 ПРОЦЕССОРЛАРДЫҢ ПРИНЦИПИАЛДЫ СҰЛБАСЫ...........................26 3.1 Процессорлардың принципиалды сұлбасы....................................................26 ҚОРЫТЫНДЫ..................................................................................................32 ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ.................................................33 ҚОСЫМША.......................................................................................................34 КІРІСПЕ Процессор немесе микропроцессор компьютердегі орталық мәліметтер өңдеу құрылғысы Процессордың сипаттамасын тактілік жиілігі мен разрядтығы айқындайды. Жұмыс Процессордың тактілік жиілігі мегагерцпен өлшенеді. 1МГц тактілік жиілік Процессордың өңдеу кезінде оған келіп түскен деректерді сақтауға Микропроцессордың интерфейстік жүйесі процессордың ДК – дің басқа Р6 ұйымы процессорларының сипаттамасы мен ерекшеліктері P6 — Intel компаниясымен игерілген және Pentium Pro, P6 архитектурасының бірінші процессоры болып жұмыс станциялары және 2000 жылы столға қоятын және серверлі процессорлар нарығына Функционалдық құрылғылар P6 архитектурасының процессорлары төрті негізгі ішкі • Реттелген алдын ала өңдеулер ішкі жүйесі • Өзгертілген тізбектелуі бар орындау өзегі (англ. Out-of-Order • Реттеліп аяқталған ішкі жүйе (англ. • Жадтың ішкі жүйесі (англ. memory subsystem) — Реттелген алдын ала өңдеулер ішкі жүйесі Бұл ішкі жүйе құрылымдарына мыналар жатады : • Өткелдерді болжау модулі және буфері (Branch • Нұсқаулықтар декодері (Instruction Decoder) — RISC-микрооперацияларынан кейін • Микрооперациялардың тізбектелуін жоспарлауышы (Microcode sequencer) — • Келесі нұсқаулықтардың адресін есептеу блогы (Next IP • Нұсқаулықтарды іріктеу блогы (Instruction Fetch Unit, IFU) Tualatin ядросы негізіндегі процессорларында ауысу кестелері негізінде Тізбектеп өзгеруі бар орындаулар өзегі Нәтиже өзгермейтіндей нұсқаманың орындалу реті ауысатын тізбектеп • Регистрлерді тағайындау кестесі (Register Alias) — x86/IA32 • Микрооперацияны қайта реттеу буфері (Reorder Buffer) — • Станция-Резервуар (Reservation Station) — атқарушы құрылымдарға жіберілетін Ядроның атқарушы құрылымдарына мыналар жатады : • Арифметикалық-логикалық құрылымдар, АЛУ (Arithmetic Logic Unit, ALU) • Жылжымалы үтір бар арифметикалар блогы (Floating Point • Адресті генерациялау блогы (Address Generation Unit, AGU) Реттелген аяқтаулар ішкі жүйесі • Регистрлік файл (Register File) — операциялар • Жадты қайта реттеу буфері (Memory Reorder Buffer) • Аяқтау блогы (Retirement Unit) — нұсқамалардың орындалуының Жадтың ішкі жүйесі Жадтың ішкі жүйесі жедел жадпен өзара әрекеттесуді жүзеге • Деректер үшін бірінші деңгейлі кэш (Level 1 • Нұсқаулықтар үшін бірінші деңгейлі кэш (Level • Екінші деңгейлі кэш (Level 2 Cache, • Шиналық интерфейс блогы (Bus Interface Unit) 1-сурет. Р6 архитектурасының L2 процессорлар көлемі Нұсқаулықтардың орындалуы Нұсқаулықтың орындалуы оның іріктеуінен және қайта кодтаудан басталады. Нұсқаулықтарды қайта кодтаудан кейін регистрдің атын өзгерту жүргізіледі, Микрооперацияларды орындау нәтижелері бойынша олардың орнынан түсуге Архитектура ерекшеліктері P6 архитектурасының алғашқы процессорларының шығарылған сәтте басқа қазіргі Олардың тізбегін өзгертуі бар нұсқаулықтардың орындалуының суперскалярлық тетігі P6 архитектураларының негізін салушылардан маңызды айырмашылығы x86 нұсқаулықтармен Суперконвейеризация P6 архитектурасы поцессорларының 12 кезеңдік тереңдіктегі конвейері бар. Нәтижесі шартты ауысулардың орындалу немесе орындалмауына әсер ететін Екі есе тәуелсіз шина Жад ішкі жүйесінің өткізу қабілеттілігін жоғарылату мақсатпен P6 Артықшылығы P6 архитектурасының процессорларында негізін салушыларға қарағанда және бәсекелестермен Сонымен қатар, P6 архитектурасының процессорлары екінші деңгейлі кэш Кемшіліктері Р6 (Pentium Pro) архитектурасының алғашқы процессорларының ең басты P6 архитектурасының процессорларында көп процессорлық жүйелерде жұмыс істеуге P6 архитектурасының процессорлары 1-кесте Процессор Ядро Өндіріс технологиясы Шығарылған жылдары Pentium Pro P6 КМОП /БиКМОП , 500—350 Pentium II Klamath, Deschutes КМОП, 350—250 нм Pentium III Katmai, Coppermine, Tualatin-256 КМОП, 250—130 Pentium III-S Tualatin КМОП, 130 нм 2001 Celeron Covington, Mendocino, Coppermine-128, Tualatin-256 КМОП, 250—130 Pentium II Xeon Drake КМОП, 250 нм Pentium III Xeon Tanner, Cascades, Cascades 2MB 2-сурет. Р6 Процессорларының түрлері Intel Pentium III (орыс ауыз екі сөйлеуінде — 3-сурет. Intel Pentium III процессоры Өндірілген уақыты: 1999-2003 жж аралығы Өндіруші: Intel ЦП жиілігі: 450 МГц -1,4 ГГц FSB жиілігі: 100-133 МГц Өндіріс технологиясы: КМОП , 250—130 нм Нұсқаулықтар жиыны: IA-32 , MMX , SSE Разъёмдары : Slot 1 Socket 370 Ядролар : Katmai Coppermine Tualatin Орталық процессор （ОП, немесе Алғашында орталық процессорлы құрылғы ОПҚ-ның ерекшеліктері такттық желігі, Алғашқы ОП-лар амбебап құрлымдар Соңғы жылдары 64 разрядты берілгендер шинасымен жұмыс істейтін Pentium процессоры Pentium процессоры Intel фирмасының басты жетістіктерінің бірі Бір ғана кремний төсемде 3.1 миллионнан артық транзисторлар Pentium процессоры компьютерлерді «нақты әлемдегі» атрибуттармен жұмыс істеуге Pentium Pro процессоры Процессорлардың алтыншы буынын есептеу 1995 жылғы күзде шығарылған Pentium Pro процессоры машина жасау және ғылыми жұмыстарда ММХ технологиялы процессорлар 1997 жылғы 8 қаңтарда Intel корпорациясы ММХ технологиялы Программистердің көзқарасы бойынша Intel корпорациясының құлақтандырылған ММХ технологиясы Жаңа процессорлар Intel-де жасалған 0,35 микронды жақсартылған КМОП-технологиясы ММХ технологиясы Intel архитектурасымен толық үйлесімділікті қамтамасыз етеді Pentium ІІ процессоры 1997 жылы 7 мамырда Нью-Йоркте Intel корпорациясы өзінің 7,5 миллон транзисторды есепке алатын Pentium ІІ процессоры Intel Celeron 1,3 GHz под Socket 370 на базе ядра Tualatin Процессор пайдаланушыларға ДК цифрлы фотокескіндер енгізу және өңдеу, Celeron процессоры «Ең қарапайым» компьютерлер үшін 0,25 мкм-технологиясы бойынша Celeron 500, 466, 433, 400, 366 МГц жиілікті Intel Xeon тобының процессорлары Қуатты компьютерлер үшін Xeon тобының процессорлары арналған. Олар Xeon процессорларының жүйелік ақпаратты сақтаудың жаңа құралдары бар. Р6 ұйымы процессорларының микроархитектурасы Pentium Pro, Pentium-2, Celeron және Xeon тізбегінің барлық Р6 ұйымы прцессорларының микроархитектурасының негiзгi басты ерекшелiгі - Ауысуларды болжау - бұл Р6 ұйымы прцессорларының микроархитектурасында Процессордың кiрісіне олардың келесi орындалуы үшiн нұсқаулар ағыны Осы барлық манипуляциялардың негiзгi идеясы процессорды ең үлкен Әрине, мұндай мезгiлсiз нұсқауларды орындау өзiн ақтай алады, Деректер ағынының динамикалық талдауы нақты уақыт тәртiбiнде орындалатын Pentium II процессорының Dispatch/Execute Unit-і (диспетчеризациялау модулі/нұсқаулардың орындалуы) Нұсқаулардың алыпсатарлық (спекулятивное) орындалуы - бұл процессордың нұсқауларды Pentium II процессорында нұсқауларды алыпсатарлық орындау "Нұсқауларды диспетчерлеу Деректер ағынының динамикалық талдауын қолдана отырып, процессордың Dispatch/Execute Дәл осы уақытта Retire Unit (нұсқауларды аяқтау және Ауысуды болжау, деректер ағынының динамикалық талдауы және Pentium II процессоры жетi базалық модул негізінде құрастырылған 4-сурет. Pentium II процессорының блок-схемасы Fetch/Decode Unit нұсқаудың LI-кэшінен келіп түсетін орындалатын программаның 5-сурет. Pentium II процессорының Fetch/Decode Unit модуінің блок-схемасы Бұл модул төмендегiше жұмыс iстейдi. Ең алдымен, Next_IP-шi Бұл нұсқаудың индексі үзілістер туралы ақпарат Бұдан әрi таңбаланған байттың ағыны онда IA-нұсқауды іздейтін Үш декодердің екеуі – бір микрооперацияның орындалуын талап Осылай алынған микрооперациялар, микрооперацияларда болатын барлық IA Осы кезеңде әрбiр микрооперацияға, яғни ақпараттық бiрлiкке сияқты, Instruction Pool (Reorder Buffer ). Бұл модулдың негiзгi Микрооперациялар нұсқаулар пулына түскен мезетте, ағындағы олардың жүру Dispatch/Execute Unit. Бұл модуль нұсқаулар пулында болатын микрооперациялар 6-сурет. Pentium II процессорының Dispatch/Execute Unit модулінің Reservation Station - Dispatch/Execute Unit модулінің негiзгi басқарушы Мынаны ескеру керек, алдын ала анықталған, қатты микрооперацияларды Reservation Station ол арқылы бес есептеу қорлармен мәлiмет Retire Unit - P6 архитектурасында орындалған, уақытша iшкi Retire Unit нұсқаулар пулының iшiндегiлерді үнемi сканерлейді және 7-сурет. Retire Unit модулі Бұл процедураның ерекшелігі - микрооперациялардың орындалуының нәтижелерi Pentium II процессорының Retire Unit –і процессордың бiр Bus Interface Unit. Бұл модул LI – кэш 8-сурет. Bus Interface Unit модулі 9-сурет. Процессордың принципиалды сұлбасы Басқарушы блок (управляющий блок) – процессордың барлық блоктарының Арифметика-логикалық блок (Арифметико-логический блок) – арифметикалық және логикалық 1. Операндтармен əрекеттесу тəсіліне қарай: - Тізбектес əрекеттесуімен - Параллель əрекеттесуімен 2. Сандарды көрсету тәсіліне қарай: - тұрақты нүктесі бар сандар үшін - жылжымалы нүктесі бар сандар үшін - ондық сандар үшін 3. Операндтармен əрекеттесудің ұйымдастырылуына қарай: - Блоктық (бірі екілік-ондық бөлшек сандармен, басқасы тұрақтандырылған - Көпфункционалды (бірі сол блоктағы кезкелген формадағы сандарды) өңдейді 4. Құрылымына сəйкес: - Тура байланысты; - Көп байланысты. Логикалық операциялардың топтамасын дизъюнкция (логикалық НЕМЕСЕ) және конъюнкция Регистрлер (Регистры) – деректерді және есептеулердің аралық нәтижелерін өңделетін немесе басқарушы ақпараттарды сақтауға арналған, 32 биттен есептеу құрылғысының бір санды немесе сөзді уақытша сақтауға процессордағы аса шапшаң әрекетті жадтың құрылғысы немесе операндтармен Регистр үшке бөлінеді: жоғарғы ортаңғы төменгі. Регистрлар – уақытша шектелген өлшемді мəліметтерді сақтайтын құрылғы. Жалпы пайдаланылатын регистр (ЖПР) – жадтан мəліметтерлі сақтауға Нұсқау регистрі (НР) – процессордың кезекті циклы кезінде Декодтау блогы (Блок декодировки) - деректерді екілік Алдын ала таңдау блогы (Блок предварительной выборки) – Бірінші деңгейлі кэш-жад (Кэш-память 1-го уровня) – жиі Екінші деңгейлі кэш-жад (Кэш-память 2-го уровня) – жиі Кэш жады процессор мен жедел жад арасында дәнекерлік Ең жылдам жад болып 1-деңгейлі кэш - L1-cache Жылдамдығы бойынша екінші болып L2-cache - екінші Шина блогы (Блок шины) – ақпаратты енгізу/шығару үшін Мәліметтер шинасы– мәліметтерді жедел жады ұяшығынан процессордың регистрлеріне Адрестік шина – мәліметтерді көшіргенде жедел жады ұяшығының Коммандалар шинасы. Мәліметтерді өңдеу үшін процессорге коммандалар қажет. Жүйелілік шина. Жүйелілік шинаның негізгі міндеті микропроцессор мен Адрестік шина. Шина разрядтылығы. Бұл шиналар адрестеу үшін білуі керек, ол үшін сол адресті көрсету қажет. Стандарты шина. Қалыпты жайда есептеу жүйесінде енгізу/шығару құрылғылар Локальді шина дегеніміз – микропроцессор контактасына электрлік сигналдың PCI (Peripheral Component Interconnect) шинасы, сол сияқты VL-bus PCMCIA (Personal Computer Мemory Card International Association) — халықаралық стандарт ассоциациясы ДЭЕМ-ларына жад платаларын жасайды. Бұл Бұл сұлба Р6 архитектуралы процессорларға сәйкес келеді. Бұл Pentium 4 процессорларында бірінші деңгейлі кэш екі бөлікке Интерфейстік блок ИБ жадты және перифериялық құрылғыларды процессорге Процессор әрбір команданы бірнеше қадамдар арқылы орындайды: Келесі команданы жадтан шақырады және оны команда регистріне Келесі команданы көрсетуі тиіс команда есептеуішінің орналасуын ауыстырады; Шақырылған команда типін анықтайды; Егер команда жадтағы деректерді қолданса, деректердің орналасқан жерін Деректерді процессор регистріне көшіреді; Команданы орындайды; Келесі команданың орындалуын бастау үшін 1-ші қадамға өтеді. Қадамдардың бұл тізбегі (таңдама-декодтау-орындау) – барлық процессорлар үшін Мұндай поцессордың жеңілдетілген құрылымдық сұлбасы 10-суретте көрсетілген. 10-сурет. Процессордың құрылымдық сұлбасы Қорытынды Intel фирмасының Р6 процессорлары секундына триллион операцияларды орындай P6 — Intel компаниясымен игерілген және Pentium Pro, P6 архитектурасының бірінші процессоры болып жұмыс станциялары және Жаңа мыңжылдықтың басында орталық процессорлардың дамуы бір процессордың Бүгінгі таңда микропроцессорлардың осыншамалықты дамуы біздің өмірімізді айтарлықтай Пайдаланылған әдебиеттер 1. Монитор N 3 1995г. Д. Бройтман "Микроархитектура 2. Монитор N 5 1995г. Д. Бройтман "Процессор 3. Hard 'n' Soft N 10 1995г. 4. Пятнадцать процессоров Intel x86, вошедших в историю 5. История AMD в процессорах [Электронный ресурс]. – 6. Краткая история процессоров: 31 год из жизни 7. Борьба AMD и Intel усиливается [Электронный ресурс]. 8. Уинн Л. Рош «Библия по техническому обеспечению 9. Леонтьев, П.В. Новейший самоучитель работы на компьютере 10. http://www.ixbt.com/cpu/x86-cpu-faq-2006.shtml 11. http://www.thg.ru/cpu/intel_cpu_history/index.html 12. http://ru.wikipedia.org/wiki/Pentium ҚОСЫМША 1 Coppermine ядросындағы Pentium III процессорының функционалдық схемасы ҚОСЫМША 2 Pentium Pro процессорларының конвейрлары 3