Реферат на тему Суперскалярные микропроцессоры

Содержание:

Введение 3
1. Структурный параллелизм микропроцессоров 5
2. Структурные конфликты. Причины их возникновения 6
3. Конфликты по данным 7
4. Архитектура СМП 9
5. Основные приемы повышения быстродействия в СМП. 10
5.1. Предвыборка команд и предсказание переходов 10
5.2. Декодирование команд, переименование ресурсов и диспетчеризация 10
5.3. Выполнение команд 11
6. Направление развития суперскалярной архитектуры 12
Заключение 14
Список использованной литературы 15

Введение:

Актуальность темы. На этапе развития современных информационных сетей нового поколения уже невозможно себе представить телекоммуникационное оборудование без современных микропроцессоров. Широкий спектр функций, которые реализуют системы коммутации, шлюзы, маршрутизаторы, интегрированные платформы, серверы, рабочие станции, требует от микропроцессоров высокой производительности и многозадачности. Десятки лет можно было наблюдать процесс взаимного стимулирования развития микропроцессоров, с одной стороны, и построенного на их основе телекоммуникационного оборудования, с другой.
Микропроцессор (МП) – это обрабатывающее и управляющее цифровое устройство, выполненное по технологии больших интегральных схем (BIC), которое под программным управлением способно выполнять обработку информации, а именно арифметические и логические операции, ввод-вывод и хранение информации, а также принимать решения.
По типу архитектуры различают МП с фоннеймановской архитектурой и МП с гарвардской архитектурой.
По типу построения языка программирования различают CISC-процессоры (Complete Instruction Set Computing) с полным набором команд и RISC-процессоры (Reduced Instruction Set Computing) – с уменьшенным набором команд.
Современные микропроцессоры имеют признаки, как CISC, так и RISC-архитектуры.
Микропроцессорная система (МПС) – это многофункциональная программно-направленная система обработки информации, которая состоит из подсистемы центрального процессора, подсистемы памяти и подсистемы ввода-вывода, объединенных информационными каналами. Микропроцессорные системы строят на микропроцессорных комплектах и разделяют на МПС управляющие, вычислительные, контрольно-измерительные, сбор данных.
Компьютер сам по себе является также микропроцессорной системой.
Разница между вычислительной системой и микропроцессорной системой является только в масштабах решаемых задач, количества и сложности оборудования.
Суперскалярные микропроцессоры (далее – СМП) ─ это такие микропроцессора, система команд которых не содержит никаких указаний на параллельную обработку внутри микропроцессора.
Идея развития СМП – построение возможно большего количества параллельных структур при сохранении традиционных последовательных программ, то есть компиляторов и аппаратуры. МП сами, без участия программиста, обеспечивают загрузку параллельно работающих функциональных устройств в микропроцессоре.
Цель работы: изучить теоретический аспект понятия «суперскалярные микропроцессоры».
Объект исследования: процессоры и микропроцессоры.
Предмет исследования: суперскалярные микропроцессоры.
Достижение цели будет предполагать решение следующих задач:
1. Подобрать и проанализировать научную литературу по данной проблематике;
2. Изучить теоретические аспекты понятия «суперскалярные микропроцессоры»;
3. Сделать соответствующие выводы.
Методы исследования:
— теоретические методы: анализ научной литературы;
— практические методы: количественный и качественный анализ результатов исследования.
Объем и структура работы. Работа состоит из введения, шести пунктов, заключения, списка использованной литературы. Общий объем составляет 15 страниц.

Заключение:

Кроме VLIW-реализации является переход к мультипроцессорному выполнению, когда вводится несколько счетчиков команд. Для этого необходимо наличие распараллеливающих компиляторов с языков высокого уровня.
На сегодняшний день практический все современные микропроцессоры, имеют от шести внутренних конвейеров для выполняемых команд. Хотя некоторые из указанных внутренних конвейеров специализированы (т. е. предназначены для выполнения специальных функций), эти процессоры могут все же выполнять три команды за один цикл.
Также стоит отметить и тот факт, что во многих последних версиях микропроцессоров могут использоваться и 10-ступенчатые параллельные конвейеры. Они дают возможность выполнять до 20 операций в течение одного такта.
Но все возможности суперскалярных микропроцессоров с каждым годом только расширяются и дают возможность максимально упрощать работу всей компьютерной и другой техники.

Фрагмент текста работы:

1. Структурный параллелизм микропроцессоров

Современные процессоры содержат 10 и более обрабатывающих устройств, каждое из которых представляет собой конвейер. Эффективные загрузки каждого устройства обеспечиваются либо аппаратурой процессора, либо компилятором, на вход которого поступает последовательность команд.
Основной метод проектирования микропроцессоров заключается в сочетании операций, то есть в определенный момент времени процессор выполняет 2 и более операции. Этот метод достигается путем внедрения структурного параллелизма и конвейеризации [3].
1) При структурном параллелизме.
Совмещение операций достигается путем воспроизведения в нескольких копиях аппаратной структуры.
2) При конвейеризации.
Разделение выполняет команды, что, на мелкие части (ступени), и выделение для каждой ступени отдельного функционального блока аппаратуры.
Рассмотрим следующие ступени [2]:
1. Выборка команды (1);
2. Декодирование (2);
3. Исполнение (3);
4. Обращение к памяти (4);
5. Запоминание результата (5).
При конвейерной обработке возникают ситуации, препятствующие выполнению следующей команды (конфликты) [6]:
1. Структурные конфликты.
Возникают, когда аппаратные средства не могут поддерживать все возможные комбинации выполняемых команд в режиме одновременного выполнения с совмещением.
2. Конфликты по данным.
Выполнение следующей команды зависит от результата выполнения предыдущей команды.

3. Конфликты по управлению.
Возникают в случае выполнения команд условного и безусловного переходов, изменяющих состояние программного счетчика.