РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК
ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ИНФОРМАТИКИ
С.В.Замковец
Развитие микропроцессорных архитектур
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
Москва
ИПИРАН
2012
УДК 681.3
Печатается по решению Учёного совета Института проблем информатики РАН
Развитие микропроцессорных архитектур. Учебное пособие
Замковец С.В. - М.: ИПИ РАН, 2012 – 66с. ISBN 978591993-018-1
В пособии рассмотрены вопросы развития архитектур современных микропроцессоров. В первой главе рассмотрена история развития микропроцессоров фирмы Intel. Проанализированы основные черты микропроцессоров классаCISCи представлены избыточные характеристики этих микропроцессоров. Таким образом, показана история появления микропроцессоров классаRISC. Особое внимание уделено рассмотрению вопросов повышения производительности микропроцессоров. Последний раздел пособия посвящен рассмотрению вопросов архитектуры микропроцессоров классаVLIW. Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности 220100.
ISBN978591993-018-1 © Институт проблем информатики РАН 2012
Введение ……………………………………………….........................................4
1. История развития микропроцессоров фирмы Intel …………………………..5
2. Микропроцессоры класса CISC …………………………………………… 10
64-разрядные микропроцессоры ……………………………………………16
Микропроцессоры класса RISC ……………………………………………..20
5. Повышение производительности микропроцессоров ………………………23
6. Конвейерная работа микропроцессоров …………………………………….25
7. Метод переименования регистров (регистровые окна) ……………………33
8. Принцип обработки операндов SIMD ………………………………………34
8.1 Архитектура MMX ………………………………………………………….34
8.2 Технология SSE …………………………………………………………….37
8.3 Технология SSE2 ……………………………………………………………38
9. Обзор SIMD-команд …………………………………………………………………...39
9.1. Команды передачи данных …………………………………………………39
9.2 Арифметические команды …………………………………………………..41
9.2.1 Команды упакованного/скалярного сложения и вычитания…………... 42
9.2.2 Команды упакованного/скалярного умножения и деления …………….42
9.2.3 Команды упакованного/скалярного вычисления квадратных корней ..42
9.2.4. Команды упакованного/скалярного нахождения максимума и
минимума………………………………………………………………….42
9.2.5 Команды сравнения………………………………………………………. 43
9.3. Команды преобразования типов данных …………………………………44
9.4. Логические команды ……………………………………………………….45
9.5. Дополнительные команды SIMD над целочисленными операндами….. 45
9.6 Команды перестановки ……………………………………………………..47
9.7. Команды управления состоянием …………………………………………48
9.8. Команды технологии SSE3 ………………………………………………..49
10. Технология Hyper-Threading ………………………………………………53
11. VLIW (EPIC) микропроцессор ……………………………………………..57
Литература...……………………………..………….………..…………….66
С благодарностью
Николаю Леонидовичу Прохорову,
от которого я впервые услышал
слово микропроцессор
Введение
Работа большинства современных процессоров для персональных компьютеров, в общем, основана на той или иной версии циклического процесса последовательной обработки данных, изобретённого Джоном фон Нейманом. Американский математик и физик Дж. фон Нейман предложил схему постройки компьютера в 1946 году.
Отличительной особенностью процесса обработки фон Неймана является то, что инструкции и данные хранятся в одной и той же памяти. Основные этапы выполнения программы заключаются в следующих действиях:
процессор выставляет число, хранящееся в регистре счётчика команд, на шину адреса и отдаёт памяти команду чтения;
выставленное число является для памяти адресом; память, получив адрес и команду чтения, выставляет содержимое, хранящееся по этому адресу, нашину данных и сообщает о готовности;
процессор получает число с шины данных, интерпретирует его как команду (машинную инструкцию) из своей системы команд и исполняет её;
4. если последняя команда не является командой перехода, процессор увеличивает на единицу (в предположении, что длина каждой команды равна единице) число, хранящееся в счётчике команд; в результате там образуется адрес следующей команды.
Данный цикл выполняется неизменно, и именно он называется процессом - откуда и произошло название устройства.
Во время процесса процессор считывает последовательность команд, содержащихся в памяти, и исполняет их. Такая последовательность команд называется программой. Очерёдность считывания команд изменяется в случае, если процессор считывает команду перехода, — тогда адрес следующей команды может оказаться другим. Другим примером изменения процесса может служить переключение в режим обработки прерывания.
Процессор, выполненный в виде одной интегральной схемы, называется микропроцессором.