20. Процессоры Power-pc (м60х)-обрабатывающий блок (очередь команд, блок выдачи команд, fpu, iu, bpu).

В начале1990-х годов компании IBM, Motorola и Apple совместными усилиями разработали семейство процессоров RISC-типа для персональных компьютеров и рабочих станций, которое получило название Power-PC. Процессоры Power-PC,производимые компаниями IBM и Motorola, использовались в компьютерах IBM и Apple. По вычислительной мощности эти процессоры сравнимы с процессорами Intel IA-32, которые выпускались в то же время. Первым процессором архитектуры Power-PC был процессор 601.

Процессоры Power-PC

Архитектура Power-PC является развитием архитектуры POWER, использовавшийся в процессорах компьютеров IBM Risc Sistem (RS)/6000. Первой реализацией архитектуры Power-PC был процессор 601, ставший связующим звеном между двумя архитектурами. В этом процессоре было внедрено надмножество команд POWER и Power-PC, что позволило ему выполнять как откомпилированные программы на машинном языке процессора POWER, ток и программы Power-PC. Последующие процессоры данного семейства были уже «чистыми» процессорами Power-PC.

Процессор Power-PC 601

Процессорная микросхема 601, содержащая 2,8 млн. транзисторов, изначально использовались в настольных компьютерах IBM. Это 32-разрядный процессор, предназначенный для ноутбуков, настольных компьютеров и недорогих мультипроцессорных систем. Были выпущены его разные версии с тактовыми частотами 50, 66, 80 и 100 МГц.

Процессор Power-PC 601 и для команд, и для данных имеет 32-килобайтовый кэш на микросхеме процессора. Он обладает 4- канальной множественно- ассоциативной структурой. Процессор содержит три независимых исполнительных блока: целочисленный, с плавающей запятой и блок обработки переходов. За один такт в исполнительные блоки процессора может загружаться до трех команд. У целочисленного конвейера насчитываются 4 ступени, а у конвейера с плавающим запятой – 6 ступеней.

Процессор Power-PC 603

Процессор Power-PC 603 также относится к числу 32-разрядных. Он рассчитан на использование в ноутбуках и настольных компьютерах, имеет высокую скорость и малую мощность. На частоте 80МГц данный процессор потребляет около 3Вт. Пять входящих в его состав операционных блоков способны работать параллельно, как и аппаратное обеспечение, ответственное за подготовку и выполнение команд, которые может выдавать до трех команд за такт и имеет более сложную структуру по сравнению с процессором601. Расположенный на микросхеме процессора кэш разделен на два отдельных КЭШа по 8 Кбайт для временного хранения команд и данных.

Процессор Power-PC 604

Для систем с более высокой производительностью, чем у процессоров 601 и 603, разработан 32-разрядный процессор 604. Скорость целочисленных вычислений и вычислений с плавающей запятой в нем вдвое выше , чем у процессоров 601 и 603. Такой высокий уровень производительности достигается за счет тактовой частоты 100МГц и суперскалярной организации, позволяющей загружать до четырех команд за такт. В состав процессора входят шесть независимых операционных блоков: три целочисленных блока, блок с плавающей запятой, блок загрузки/ сохранения и блок обработки переходов. Процессор Power-PC 604 рассчитан на рынок персональных компьютеров и рабочих станций среднего класса.

Процессор Power-PC 620

Процессор Power-PC 620 реализует полную 64-разрядную архитектуру Power-PC и поддерживает суперскалярное выполнение команд. Он предназначен для высокопроизводительных настольных компьютеров, серверов, систем обработки транзакцией и мультипроцессорных систем.

Как и процессор 604, Power-PC 620 содержит шесть независимых операционных блоков и способен загружать до четырех команд за один такт. Скорость выполнения команд в конкретной программе повышается за счет их не очередного выполнения. В процессоре используется технология предсказания переходов. Микросхема процессора содержит раздельные КЭШи для команд и данных объемом 32Кб. каждый. Оба КЭШа имеют 8-канальную множественно-ассоциативную структуру.

Процессор Power-МPC 7450

МPC 7450- это суперскалярный процессор с 7-ступенчатым конвейером. В его функциональные блоки может загружаться до четырех команд за такт. Всего насчитывается 11 таких блоков: блок загрузки/ сохранения, блок обработки переходов, четыре целочисленных блока, блок операций с плавающей запятой и четыре блока, выполняющих параллельные арифметические операции с упакованными векторами операндами-данными. Блоки, принадлежащие к последней категории, согласно терминологии Motorola, называют AltiVec.

Аппаратное обеспечение AltiVec производит параллельные операции с упакованными векторными операндами- данными подобно тому, как процессоры Intel Pentium выполняют операции ММХ и SSE,. Упакованные данные , обрабатываемые командами AltiVec, располагаются в тридцати двух 128-разрядных векторных регистрах, которые отделены от регистров общего назначения и регистров с плавающей запятой. В векторных регистрах может хранится шестнадцать 8- битовых целых чисел, восемь 16-битовых целых чисел, четыре 32-битовых целых числа и четыре числа с плавающей запятой одинарной точности (32 бита). Для обмена данными между памятью и векторными регистрами используются команды загрузки и сохранения векторов. Команды AltiVec ускоряют работу мультимедийных приложений и приложений обработки сигналов. Одной из них является команда Multiply-Accomulate, перемножающая необходимые элементы двух векторов и прибавляющая произведения к соответствующим элементам третьего векторного регистра. Эта операция применяется для цифровой обработки сигналов. Кроме того, имеются команды для вычисления точечного произведения векторов.

Кэш-память первого уровня размещается на микросхеме процессора и состоит из двух отдельных 32-килобайтовых КЭШей команд и данных 8-канальной множественно- ассоциативной структуры. Кэш-память второго уровня тоже находится на микросхеме процессора, имеет объем 256 Кб. и 8-кональную множественно- ассоциативную структуру. Обмен данными между КЭШами L1 и L2 осуществляется по 2565-разрядному соединению на тактовой частоте процессора. Имеется еще и кэш L3, связанный с процессором 64-разрядной шины. Его емкость может составлять 1 или 2 Мб.