Вопрос 23. Архитектура эвм с длинным командным словом.

Архитектура ЭВМ с длинным командным словом (VLIW – Very Long Instruction Word) позволяет сократить объем оборудования, требуемого для реализации параллельной выдачи несколько команд, базируется на множестве независимых командных устройств. Вместо того чтобы выдавать на эти устройства последовательные команды, операции упаковываются в одну очень длинную команду. Ответственность за вывод параллельно выдаваемых для выполнения команд полностью ложится на компилятор.

VLIW – появилась в России. Она не попадает под принципы фон Неймана (нарушает принцип программного управления, т.е. последовательного выполнения команд).

В суперскалярных процессорах задача распределения работы между вычислительными модулями решается аппаратно, что сильно усложняет дизайн процессора, и может быть чревато ошибками. В процессорах VLIW эта задача решается во время компиляции и в инструкциях явно указано, какое вычислительное устройство какую команду должно выполнять. Аппаратные средства, необходимые для реализации параллельной обработки, отсутствуют.

Например, VLIW-команда может включать две целочисленные операции, две с плавающей точкой, две операции обращения к памяти и операции перехода. Длина такой команды обычно 112-168 бит.

Для машин с VLIW-архитектурой был разработан новый метод планирования выдачи команд – трассировочное планирование. При его использовании из последовательности команд исходной программы генерируются длинные команды путём просмотра программы за пределами базовых блоков (линейный участок программы без ветвления). Компилятор с трассировочным клонированием определяет участок программы без обратных дуг (переходов назад), которая становится кандидатом для составления расписания. Обратные дуги обычно имеются в программах с циклами.

Для увеличения размера тела цикла широко используется методика раскрутки цикла, что приводит к образованию больших фрагментов программы без обратных дуг. Если дана программа, содержащая только переходы вперед, компиляторы делают эвристическое (эвристический – интуитивный) предсказание выбора условных ветвей. Путь, имеющий наибольшую вероятность выполнения (трасса), используется для оптимизации, проводимой с учетом зависимости по данным между командами и ограничением аппаратных ресурсов. Во время планирования генерируется длинное командное слово.

Все операции длинного командного слова выдаются одновременно и планируются параллельно. После обработки первой трассы планируется следующий путь, имеющий наибольшую вероятность выполнения (предыдущая трасса больше не рассматривается). Процесс упаковки команд последовательной программы в длинные командные слова продолжается до тех пор, пока не будет оптимизирована вся программа. Ключевым условием эффективной работы VLIW-машины является корректное предсказание выбора условных ветвей. Например, очень высокий прогноз условных ветвей имеется для научных программ.

Одни из первых VLIW-процессоров появились в конце 1980-х и были разработаны компанией Cydrome. В чистом виде архитектуру VLIW имеют процессоры TriMedia фирмы Philips. Микропроцессор Intel Itanium имеет 64-битную систему команд «с явным параллелизмом» (explicitly parallel instruction computing, EPIC), которая является одним из вариантов VLIW. Микропроцессоры серии «Эльбрус» («Эльбрус 2000», «Эльбрус S») являются VLIW-процессорами. VLIW также получила хорошее распространение на рынке GPU, так, видеопроцессоры AMD/ATI Radeon начиная с R600 и до современных имеют VLIW-архитектуру.