Файл: А. Д. Чередов, А. Н. Мальчуков.docx

модернизации системы команд, нацеленной на увеличение производи- тельности процессоров, а также за счет того, что программное обеспе- чение, разработанное для х86-компьютеров, начиная с 1980 г., способно функционировать и на современных компьютерах с этой архитектурой. В свою очередь, достоинства RISC-процессоров укрепили их позиции на более молодом рынке высокопроизводительных машин (рабочих станций, серверов).

В начале 90-х гг. между представителями этих архитектур началась острая конкуренция за превентивное улучшение характеристик, в первую очередь производительности и ее отношения к трудоемкости разработки процессоров. Создатели CISC- и RISC-процессоров нередко боролись с конкурентами, заимствуя их удачные решения. Например, компания Intel реализовала в процессоре Pentium Pro (шестое поколение P6 процессоров Intel) RISC-подобную организацию вычислений. В Р6 изощренно построенный декодер транслирует сложные команды х86 в более короткие и простые RISC-микрокоманды. В архитектуре Р6 RISC-решения впервые в семействе х86 перестали быть лишь дополне-

нием исконных CISC-средств повышения производительности. Поэтому частица Pro в названии первого процессора этой серии обозначает

«Полноценная RISC-архитектура» (Precision RISC Organization). На рис. 1.4 подобная архитектура вынесена в отдельный класс архитектур.

---

VLIW-архитектура

VLIW-архитектура связана с кардинальной перестройкой всего процесса трансляции и исполнения программ. Уже на этапе подготовки программы компилятор группирует несвязанные операции в пакеты, со- держимое которых строго соответствует структуре процессора. Сфор- мированные пакеты операций преобразуются компилятором в команд- ные слова, которые по сравнению с обычными инструкциями выглядят очень большими. Отсюда и название этих суперкоманд, и соответству- ющей им архитектуры – VLIW (Very Long Instruction Word – очень длинное командное слово). По идее, затраты на формирование суперко- манд должны окупаться скоростью их выполнения и простотой аппара- туры процессора, с которого снята вся «интеллектуальная» работа по поиску параллелизма несвязанных операций.

Компилятор VLIW, в отличие от суперскалярной обработки, про- изводит статический анализ программы и создает точный план того, как процессор будет выполнять программу: указывается, когда будет вы- полнена каждая операция, какие функциональные устройства будут ра- ботать и какие регистры будут содержать операнды.

Компилятор VLIW передает план вычисления аппаратному обеспе- чению, которое, в свою очередь, выполняет указанный план. Этот план позволяет VLIW использовать относительно простое аппаратное обес- печение, способное добиться высокого уровня параллелизма на уровне команд.

Однако даже при небольшом изменении начальных данных путь выполнения программы сколь угодно сильно изменяется.

VLIW-архитектура

---

в свое время использовалась в RISC-процессорах семейств PA-8000, 9000 корпорации HP (Hewlett Packard), сейчас при- меняется в отечественных процессорах семейства «Эльбрус», а также в процессорах цифровой обработки сигналов различных фирм производи- телей.

Аббревиатуры рассмотренных архитектур CISC, RISC, VLIW в настоящее время обозначают только идеализированные концепции. Ре- альные микропроцессоры трудно классифицировать. Современные мик- ропроцессоры, причисляемые к RISC, сильно отличаются от первых процессоров RISC-архитектуры. То же относится и к CISC. Просто

в наиболее совершенных процессорах заложено множество удачных идей, вне зависимости от их принадлежности к какой-либо архитектуре.

Концепция EPIC

Тенденции, заложенные в Р6, получили развитие в концепции EPIC. Концепция EPIC (Explicity Parallel Instruction Computing – вычис- ления с явным параллелизмом команд, где «явным» означает явно ука- занным при трансляции) разработана совместно фирмами Intel и Hewlett Packard и имеет ту же значимость, что и CISC- и RISC-архитектуры.

Концепция реализации параллелизма на уровне команд (EPIC) определяет новый тип архитектуры, способной конкурировать по мас- штабам влияния с RISC. Эта идеология направлена на то, чтобы упро- стить аппаратное обеспечение и, в то же время, извлечь как можно больше «скрытого параллелизма» на уровне команд, чем это можно сделать при реализации VLIW и суперскалярных стратегий, используя большую ширину «выдачи» команд и длинные (глубокие) конвейеры.

Одна из целей, которые ставили перед собой разработчики при со- здании EPIC, состояла в том, чтобы сохранить реализованный во VLIW принцип статического создания плана вычислений, но, в то же время, обогатить его возможностями, аналогичными возможностям суперска-

---

лярного процессора, позволяющими новой архитектуре лучше учиты- вать динамические факторы, традиционно ограничивающие паралле- лизм, свойственный VLIW. EPIC предоставляет динамические механиз- мы на уровне аппаратуры так, что компилятор может управлять такими средствами, применяя их выборочно, где это возможно. Столь широкие возможности помогают компилятору использовать правила управления этими механизмами более оптимально, чем это позволяет аппаратура.

Концепция EPIC, согласно Intel и НР, обладает достоинствами VLIW, но не обладает ее недостатками.

EPIC-технология с явным заимствованием лучших идей из CISC- и RISC-архитектур использована в 64-разрядной интеловской архитек- туре (IA-64) процессоров Itanium, Itanium2.

Особенности IA-64:

• 
  использование новой системы команд, разработанный Intel и HP;
  
• 
  большое количество регистров (128 64-разрядных регистров об- щего назначения);
  
• 
  использование простых инструкций, сгруппированных по три, одинаковой длины, образующих длинные командные слова LIW (long instruction words);
  
• 
  переупорядочиванием и оптимизацией команд, так же как и во VLIW, занимается компилятор, а не процессор;
  
• 
  команды из разных ветвей узлового ветвления снабжаются пре- дикатными полями (полями условий) и запускаются параллельно;
  
• 
  выборка данных по предположению (выборка данных до того, как они потребуются, т.е. заранее);
  
• 
  масштабируемость архитектуры до большого количества функ- циональных устройств.
  

Процессор Itanium

---

не только реализует новые возможности 64-разрядной архитектуры, но и обладает аппаратной совместимостью с набором команд IA-32.

4. 1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   76

---