Организация risc мп dec Alpha 21x64 Организация risc мп dec Alpha 21x64
Процессор Alpha - настоящий 64-разрядный RISC-процессор. Ориентирован на: масштабируемость, быстрота ответной реакции, трудоемкость, обеспечение надежности.
Процессоры Alpha фирмы Digital Equipment Corporation – DECимеют названия вида 21x64 ("21"говорит, что Alpha — это архитектура XXI века, x — процессорное поколение: 0, 1, 2, 3 или 4, "64" — разрядность в битах).
Уникальная архитектура позволяет ему быть первым по многим параметрам. Процессор Alpha имеет и другие отличия от остальных RISC-процессоров. Например, у него сильный блок операций с фиксированной точкой, что обычно является ограничением для архитектуры RISC.
Структура процессора Alpha 21064
Особенности архитектуры
Высокая (относительно) тактовая частота
Высокая степень конвейеризации выполняемых операций (до 10 тактов на операцию)
Микропроцессор Alpha 21064 имеет 64-разрядную суперскалярную RISC-архитектуру с двумя исполнительными конвейерами. Микропроцессор может выполнять за один такт до двух команд с фиксированной и плавающей точкой или команду перехода. Блок предсказания перехода обеспечивает вероятность правильного прогноза 0,8.
Микропроцессор содержит на кристалле раздельные кэш-памяти команд и данных, каждый емкостью 16 Кбайт, 32 регистра с плавающей точкой и 32 регистра с фиксированной точкой. Кэш второго уровня - внешний - может составлять от 128 Кбайт до 16 Кбайт. Тактовая частота шины в системе может быть в 2,5 - 10 раз меньше, чем частота работы микропроцессора. Ширина внешних шин адреса и данных составляет 43 и 128 бит соответственно. В микропроцессорах Alpha 21064 не используется сложная логика переупорядочивания команд и переименования регистров. Обеспечение эффективной загрузки исполнительных устройств возлагается на компилятор.
Микропроцессор Alpha 21164
Четыре команды извлекаются одновременно из кэш-памяти команд объемом 8 Кбайт и помещаются в один из двух буферов команд, каждый из которых в состоянии хранить четыре команды. Команды извлекаются из буфера в порядке, определяемом программой. Буфер должен быть полностью освобожден прежде, чем начнется использование другого буфера. Это ограничивает пропускную способность выборки команд, однако значительно упрощает управление процессором.
Микропроцессор Alpha 21264 имеетсложный механизм динамического исполнения команд:
Динамическое планирование с изменением последовательности команд (Out-of-Order).Эффективность выполнения Out-of-Order определяется количеством инструкций, которыми может манипулировать ЦП в целях определения оптимального порядка выполнения команд. Инструкции выполняются не порядку, а в зависимости от готовности операндов. Чем больше инструкций ЦП может для этого использовать, тем лучше, тем дальше он может заглядывать вперед. Процессоры Intel класса Р6 (Pentium Pro, Pentium II, Xeon) могут одновременно обращаться не менее чем с 40 командами. У других процессоров данный показатель значительно больше: PA-8000 фирмы HP оперирует 56 командами, а процессор Alpha справляется с 80 командами.
Переименование регистров (Register Renaming). Каждый регистр процессора на самом деле представляет собой несколько параллельных регистров, хранящих несколько версий значения. Используется для реализации спекулятивного исполнения.
Спекулятивное выполнение команд. При встрече с командой условного перехода процессор исполняет (или по крайней мере читает в кэш инструкций) сразу обе ветви, до тех пор, пока не окончится вычисление управляющего выражения перехода. Позволяет отказаться от простоев конвейера при условных переходах.
Alpha-системы применяются во многих областях, однако наиболее эффективно применение систем на базе Alpha-процессора для решения задач, требующих высокой производительности и надежности, например:
UNIX или Windows NT серверы;
Серверы баз данных (начиная от Oracle и заканчивая распространенными mysql и posgres);
Интернет www или ftp серверы;
Прокcи и Firewall серверы;
Станции обработки данных для геоинформационных систем;
CAD/CAM станции;
Станции издательских систем;
3D станции;
отказоустойчивые корпоративные серверы