1. Микропроцессоры. Определение, классификация, закономерности развития, области применения

24. Процессоры общего назначения на примере архитектуры Intel P6

Микропроцессоры общего назначения ориентированы на решение широкого круга задач цифровой обработки информации. Их основной областью применения являются персональные компьютеры, рабочие станции, серверы и другие системы массового применения. Расширение области применения таких микропроцессоров в основном достигается путем повышения их производительности и снижения энергопотребления.

Архитектура современных x86-совместимых процессоров Intel представляет собой усовершенствованную и дополненную функциональными устройствами архитектуру Intel P6. Рассмотрим особенности построения современных микропроцессоров общего назначения на примере архитектуры Intel P6.

Основные характеристики данной архитектуры:

∙ суперскалярный механизм исполнения инструкций с изменением их последовательности;
∙ суперконвейеризация;
∙ двухуровневый адаптивный статистический алгоритм предсказания ветвлений;
∙ двойная независимая шина.

Принципиальным отличием архитектуры P6 от предшественников является RISC-ядро, работающее не с инструкциями x86, а с простыми внутренними микрооперациями. Это позволяет снять множество ограничений набора команд x86, таких как нерегулярное кодирование команд, переменная длина операндов и операции целочисленных пересылок .регистр-память.. Кроме того, микрооперации исполняются не в той последовательности, которая предусмотрена программой, а в оптимальной с точки зрения производительности, применение трехконвейерной обработки дает возможность выполнять несколько инструкций за один такт.

Процессоры архитектуры P6 имеют конвейер длиной 12 ступеней. Это позволяет достигать более высоких тактовых частот по сравнению с процессорами, имеющими более короткий конвейер при одинаковой технологии производства.

Для того чтобы предотвратить ситуацию ожидания исполнения инструкции в архитектуре Intel P6 используется структура, называемая буфером предсказания переходов (Branch Target Buffer — BTB). В Intel P6 использован двухуровневый адаптивный статистический алгоритм, который регистрирует предысторию и предсказывает переходы.

Процессоры архитектуры P6 состоят из четырех основных подсистем:

∙ подсистемы упорядоченной предварительной обработки;
∙ ядра исполнения с изменением последовательности;
∙ подсистемы упорядоченного завершения;
∙ подсистемы памяти.


Подсистема упорядоченной предварительной обработки отвечает за выборку и декодирование инструкций в порядке, предусмотренном программой, и выполняет предсказание переходов. Исполнительное ядро с изменением последовательности операций отвечает за выполнение микроопераций в оптимальном порядке и организует взаимодействие ОУ. Подсистема упорядоченного завершения выдает результаты выполнения инструкций в порядке, предусмотренном программой. Подсистема памяти осуществляет взаимодействие с оперативной памятью.