Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5  6  7  8 | Следующая страница реферата

Процесор 486 має чотири внутрішніх буферу для операцій запису. Якщо під час внутрішнього запитання процесора на запис всі буфери вільні і шина не позичена, запис виконується відразу без буферирування. Якщо шина позичена, запитання спрямовується в буфер, позичаючи для запису тільки один внутрішній такт, а з буферу дані вивантажуються в оперативну пам'ять або влаштування введення-виведення по мірі звільнення зовнішньої шини. Зовнішні операції запису з буферів будуть вироблятися в тому же порядку, що і запитання, що надійшли. Однак якщо за наявності невільних буферів з'явиться запитання на читання пам'яті, воно може бути обслуговане і раніше, ніж задовольняться йому запитання, що передують на запис. Ця зміна послідовності може відбутися тільки в тому випадку, якщо всі запитання запису в буферах зв'язані з кеш-попаданнями, а запитання на читання відноситься до кеш-промаху. Тільки в цьому випадку процесор може сміло міняти порядок операцій, але тільки один раз до тих пір, доки не визволяться всі буфери запису. Більше одного разу міняти порядок в загальному випадку не можна, тому що лічені дані можуть замістити рядок, що модифікувався кеша, з якого оновлена інформація якраз і очікує в буфері черги на запис в основну пам'ять. В такому випадку друга спроба зміни послідовності може порушити цілісність даних. Для операцій введення- виведення зміна порядку неможлива. Читання введення-виведення ніколи не може обганяти запис в пам'ять. Одинкові операції висновку не буферируються з тим, щоб дати можливість своєчасно (для програми) повідомити з своєї реакції на запис в порт (викликати апаратне переривання або цикл анулювання рядка). Однак засоби введення програмної затримки між одинковими операціями висновку для процесора 486 відрізняються від що передують: тут команда JMP, раніше безумовно що наводить до генерації зовнішнього циклу звертання до пам'яті скоріше усього буде обслугована з внутрішнього кеша, і бажаної затримки не відбудеться. Надійним засобом введення зовнішнього циклу шини між циклами вивода є явна операція читання некешуємої області пам'яті. Ця операція буде виконана тільки після завершення попереднього циклу висновку, а наступна операція висновку почнеться тільки по завершенні цього читання.
Операції блочного висновку, викликані інструкцією REP OUTS, будуть використати буфери, але порядок не буде порушений.

Синхронизація процесора здійснюється зовнішнім сигналом CLK, всі тимчасові параметри відраховуються відносно його позитивного перепада.
Зовнішня частота процесором вже не ділиться навпіл (як у 386-го), а може навіть умножатися на коефіцієнт, що у різних моделей процесорів може приймати значення 1, 2, 2.5 і 3. При Цьому інтерфейс зовнішньої шини процесора завжди працює на зовнішній частоті, а частота тактування обчислювального ядра може підвищуватися в декілька раз. Стандартними значеннями зовнішньої частоти є 25, 33.33, 40 і 50 МГц. Коефіцієнт множення задається рівнем логічного сигналу на вході CLKMUL.

Шина адреси дозволяє адресувати 4 Гб фізичної пам'яті в захищеному режимі і 1 Мб з області молодших адрес в реальному режимі. Сигналом A20M# можна включити примусове обнулення лінії A20 (як для внутрішнього кэша, так і для зовнішніх операцій). Таким чином эмулюється циклічне повернення адреси процесора 8086/88 (сигнал сприймається тільки в реальному режимі).
При виконанні інструкцій введення-виведення процесор адресується в 64 Кб простори введення-виведення. Лінії A[31:2] ідентифікують адресу з точністю до подвійного слова, а в межах цього слова сигнали BE[3:0]# безпосередно вказують, які байти використовуються в даному циклі. Лінії A[31:4], що визначають адресу рядка внутрішнього кеша, в циклах анулювання працюють на введення.

Шина даних D[31:0] припускає як 32-розрядний режим, так і 16 - і 8- розрядний, в залежності від стану вхідних сигналів BS16# або BS8#. Але, в відзнаку від 386-го, перекомутація байтів не здійснюється. Кожний байт шини даних має біт паритету DP[3:0]. Схеми паритету генерують коректні контрольні біти в циклах запису, а в циклах читання в випадку помилки паритету тільки виробляється сигнал помилки на виході PCHK#, що ніяк не впливає на роботу процесора. Він може використовуватися зовнішніми схемами по розсуду розробника системної плати.

Тип циклу локальної шини визначається сигналами M/IO#, D/C#, W/R# і
LOCK# під час активності сигналу ADS#.

Сигнали арбітражу локальної шини у порівнянні з попередніми процесорами доповнені вихідною лінією BREQ, що управляється процесором в будь-якому стані. Цей сигнал вказує зовнішньому арбітру на те, що процесор має внутрішнє запитання на використання шини. Сигнал встановлюється водночас зі стробом ADS#. Якщо процесор в даний момент не керує шиною, то сигнал з'явиться в той момент, коли процесор виставив б сигнал ADS#. Для запитання передачі керування локальною шиною іншому влаштуванню використовується сигнал HOLD. Коли процесор визнає можливим передачу керування, він виставить сигнал підтвердження HLDA. Крім того, є сигнал безумовного отключення процесора від шини - BOFF#. По цьому сигналу процесор віддає керування шиною в наступному же такті, а поточний цикл може бути перерваний. По Закінченню чинності сигналу BOFF# процесор рестартує перерваний цикл, знову ввівши такт адресації і ідентифікації зі стробом
ADS#. Для внутрішніх вузлів процесора це бачиться як введення тактів чекання. Сигнал AHOLD передвизначений для захоплення зовнішнім контролером тільки шини адреси для анулювання рядків внутрішньої кеш-пам'яті.
Анулювання рядка виробляється за наявності строба зовнішньої адреси EADS#.

До інтерфейсу кеш-пам'яті відносяться вхідні сигнали KEN# (дозвіл кешировання пам'яті по поточній адресі), FLUSH# (анулювання всіх рядків внутрішнього кеша з попереднім вивантаженням рядків ,що модифікувалися в випадку застосування зворотного запису) і вихідні сигнали PWT і PCD, керуючі зовнішнім кешированням. Процесори, працюючі в режимі зворотного запису кэша, використають додаткові сигнали INV, HITM#, CASHE# і WB/WT#.
Перші процесори сімейства 486-х в первинному кеше забезпечували тільки політику наскрізного запису. Для них не було необхідності в реалізації пакетного режиму при записі. Запис зовнішнім контролером в кешуюму пам'ять наводить тільки до анулювання рядка кеша, якщо осередок, до якої буде в обігу зовнішній контролер, уявлений і в внутрішньому кеші. Для політики зворотного запису інтерфейс ускладнюється - необхідно забезпечення можливості вивантаження рядків кеша, що модифікувалися в основну пам'ять, якщо до пам'яті, що відображається цими рядками, буде в обігу зовнішній контролер шини. З цими відмінностями зв'язані поняття стандартного і розширеного режиму шини процесора 486. Стандартний режим шини передвизначений для роботи первинного кеша з політикою наскрізний запису, що повністю сумісно з інтерфейсом перших процесорів 486 з WT-кешем. Його основні відзнаки наступні: на сигнал FLUSH# процесор не відповідає спеціальним циклом підтвердження; по сигналу FLUSH# процесор анулює всіх рядки внутрішнього кеша за 15-20 тактів CLK; сигнали, специфічні для WB- кеша, ігноруються; сигнал EADS# сприймається в будь-який момент часу.
Розширений режим шини передвизначений для роботи первинного кеша з політикою зворотного запису, що повністю сумісно з інтерфейсом процесорів
486 з WB-кешем. Його основні відзнаки наступні: по сигналу FLUSH# процесор виконує зворотні записи рядків ,що модифікувалися кеша, після чого відповідає спеціальним циклом підтвердження; зворотний запис рядків ,що модифікувалися кеша, що виконується по сигналу FLUSH# і інструкції WBINVD, може позичати біля 2000 тактів CLK, система повинна спостерігати за шиною, очікуючи спеціального циклу підтвердження; сигнали BLEN#, EWBE#, WB/WT#,
INV сприймаються процесором; сигнал WB/WT# сприймається в кожному циклі звертання до пам'яті, дозволяючи визначати політику запису для кожного рядка окремо; сигнал EADS# сприймається тільки в стані HOLD, AHOLD або
BOFF#; сигнал PLOCK# не активний (постійний високий рівень). Вибір режиму шини здійснюється процесором за станом лінії WB/WT# в момент закінчення сигналу RESET, низькому рівню відповідає стандартний режим шини. Сигнал всередині процесора резистором підтягується до низького рівня, так що на системній платі, не зворотного запису ,що підтримує режим, процесор завжди буде працювати в стандартному режимі. На рисунку 1.6 уявлений пакетний цикл заповнення рядка кеш-пам'яті.

Процесор 486 має RISC-ядро, що зажадало докорінної зміни дешифрації команд. Черга кодів перебує з двох блоків по 16 байт і заповнюється, або з кэша за 1 такт, або швидкими пакетними циклами поблочно. Запитання на передвиборку має нижчий пріоритет у порівнянні з іншими запитаннями, що дозволяє звести до мінімуму час, необхідний для вибірки операнда. На рисунку 1.7 уявлений конвейєр процесора.

Більшість команд перебувають в крапках конвейєра не більш одного такту.
Крім того запис результату може бути суміщений з виконанням наступної команди, якщо будь-який операнд наступної команди, або не перетинається з результатом попередньої, або перетинається повністю (входить в склад.
Наприклад АХ і ЕАХ). Дешифрация команди виконується в дві стадії. На першій стадії виробляється трансляція команди в RISC-інструкцію. На другій стадії виробляється обчислення адрес операндів і формування відповідних запитань.

Арифметичний блок має в свойому складі окрім блоку цілочисельної обробки ще і блок обробки чисел з плаваючою крапкою, що раніше входив в склад сопроцесора.

В склад процесора війшло ще одне влаштування, покликане значно підвищити продуктивність. Це кеш пам'ять першого рівня, працююча на частоті ядра. Кэш-пам'ять має розмір 8 Кб і має чотирьохвходову наборно-асоціативну структуру. Її робота аналогічній роботі блоку TLB.

Процесор має внутрішню 64-розрядну шину, що зв'язує кеш-пам'ять з основними внутрішніми блоками, що дозволяє за один такт передавати операнд з плаваючою крапкою або дескриптор сегменту.
Pentium.

По інтерфейсу шина процесора Pentium нагадує шину 486, але має помітні відзнаки. Нові особливості направлені на підтримку політики зворотного запису кеша, підвищення продуктивності і забезпечення додаткових функціональних можливостей. Якщо шина 486-го була орієнтована на максимальну гнучкість і простоту підключення приладів з різноманітною розрядностью, то шина Pentium орієнтована на досягнення максимальної продуктивності.

Шина даних стала 64-бітной для підвищення продуктивності обміну з пам'яттю. Можливість динамічного керування розрядністю шини вилучена, погодження по розрядності з інтерфейсними шинами покладене на мікросхеми чипсета. При дозволеному контролі паритету даних (сигнал PEN) помилка викликає не тільки спрацьовування сигналу PCHK#, але і фіксацію збойної адреси і даних в регістрі машинного контролю. А якщо встановлен біт MCE регістру CR4, по цій помилці генерується виключення 18. В доповнення до контролю паритету шини даних введен контроль паритету шини адреси. Виявлена помилка паритету бітів A[31:5] шини адреси тільки викликає сигнал помилки
APCHK#, що може бути оброблений системною логікою.

Пакетні цикли виконуються тільки у разі звертання до пам'яті, причому як при читанні, так і при записі. Пакетні цикли зв'язані тільки з кешуємою пам'яттю, при цьому кешуємість пам'яті подразумує і її підтримку пакетного режиму. Під час пакетного циклу сигнали дозволу байт і молодші біти адреси не міняються. Порядок чергування адрес, як і у процесора 486, оптимизован для двухбанкової організації пам'яті. Знову з'явилася конвейєрна адресація, що дозволяє водночас на шині бути присутім двом обслуговуваним запитанням.
Ознакою пакетного циклу (і його закінчення) є сигнал CASHE#. Зовнішня система не може перервати пакетний цикл, початий процесором. Конвейєризация запрошується сигналом NA#, в відповідь на який процесор через такт видасть адресу наступного циклу. Без конвейєризації наступна адреса була б виставлена тільки після завершення передачі даних поточного циклу.

Процесор має вхід EWBE#, з допомогою якого він відсліджує стан зовнішніх буферів відкладеного запису для забезпечення коректной послідовності шиних циклів запису.

Для підтримання погодженості даних кеша і основної пам'яті процесор відпрацьовує цикли спостереження, що ініціювалися зовнішньою системою. Ці цикли, як і в 486-м, використають сигнали AHOLD#, EADS# і відповідні сигнали процесора HIT# і HITM#. Сигнал FLUSH# викликає вивантаження всіх рядків ,що модифікувалися первинного кеша. Цикли спостереження ініціюються системою для визначення присутності затребуваної області пам'яті в рядку будь-як кеш-пам'яті і визначення її стану. Процесори, починаючи з Pentium, підтримують протокол MESI, названий по їм станам, що визначаються:
Modified, Exclusive, Shared, Invalid. Стану визначаються слідуючим чином: M- state - рядок присутній тільки в одному кеші і модифікований, те є відрізняється від вмісту основної пам'яті. Доступ до цього рядка можливий без генерації зовнішнього (по відношенню до локальної шини) циклу звертання; E-state - рядок присутній тільки в одному кеші, але не модифікований. Доступ до цього рядка можливий без генерації зовнішнього циклу звертання, при записі вона перейде в стан М; S-state - рядок потенційно може бути присутнім в декількох кешах. Її читання можливо без генерації зовнішнього циклу, а запис в неї повинна супроводжуватися наскрізним записом в основну пам'ять, що притягне анулювання відповідних рядків в інших кешах; I-state - рядок буде відстуній в кеше, її читання може призвести до генерації циклу заповнення рядка. Запис в неї буде наскрізний і вийде на зовнішню шину. Шини цикли процесора уявлені на рисунку 1.8.

Процесор Pentium має суперскалярну архітектуру, що означає можливість одночасного виконання більш однієї інструкції за один такт. Він побудований на основі двох конвейєрів загального призначення для цілочисельних операцій і конвейєрного FPU. Процесор може виконувати водночас дві цілочисельні інструкції.

Структура конвейєрів уявлена на рисунку 1.9 (Пунктиром показані стадії, добавлені в процесори з підтримкою ММХ). На стадії передвибірки PF команди вибираються з кеша команд. Далі вони надходять на стадію вибірки F. Тут відбувається розподіл вибраної порції коду на окремі команди, а також декодування будь-яких префіксів. Між стадією F і D1 знаходиться FIFO-буфер.
В ньому може міститися до чотирьох інструкцій (в процесорах без ММХ буфер буде відстуній, а префікси декодуються на стадії D1). Буфер прозорий, т. є. він не віднімає часу, коли пуст. В кожному такті з стадії F в буфер може надходити до двох інструкцій. Бо середня швидкість виконання команд менш ніж дві команди за такт, те буфер звичайно заповнений.

На стадії D1 відбувається перетворення команд в RISC-інструкції і прийняття рішення про распаралелювання. Далі команди надходять в два конвейєра. Обидва конвейєра функціонально подібні, але другий V конвейєр у порівнянні з головним U має деякі обмеження. Стадія D2, на якій вираховуються адреси операндів пам'яті, має багатоканальний суматор. В відзнаку від відповідної стадії конвейєра попередніх процесорів, ця стадія не вводить додаткових тактів затримки при багатокомпонентних обчисленнях адреси. На стадії ЕХ відбувається безпосереднє виконання команд в цілочисельних АЛУ. Pentium має окремий умножитель, що не використає ресурсів АЛУ, і, отже, дозволяє виконувати інші команди паралельно з множенням. Але бо умножитель тільки один, дві команди множення не распаралеливаються. Множення може вироблятися в V конвейєрі. Кожний конвейєр має свій буфер запису WB для підвищення продуктивності при послідовних операціях запису в пам'ять. Буфери мають розрядність 64 б і можуть обидва заповнитися за один такт, наприклад, при одночасних кеш- промахах записи на обидва конвейєрах.

В відзнаку від цілочисельних команд, що цілком виконуються на стадії
ЕХ, команди FPU і MMX починають виконуватися на стадії ЕХ, а після цього уходять на свої стадії. На стадіях конвейєра FPU виконуються наступні дії.
На стадії ЕХ відбувається читання операндів з пам'яті і регістрів, далі перехід на стадію Х1 або перетворення даних до зовнішнього формату і запис в пам'ять. На стадії Х1 відбувається перетворення даних до внутрішнього формату і запис в регістр. На стадії Х2 виконання команд, а на стадії WF - округлення і запис результату. Для команд ММХ існують два своїх конвейєра, постачених окремими АЛУ і умножителями. На стадії ЕХ відбувається читання операндів. Стадія Mex - виконання команд, перший такт множення. Стадія
Wm/М2 - запис результату однотактних команд, другий такт множення. Стадія
М3 - третій такт множення. Wmul - запис результату множення.

Блок попередньої вибірки інструкцій має чотири 32-байтных буферу. На стадії PF дві незалежні пари буферів вибірки працюють разом з цільовим буфером ветвлення ВТВ. В кожний момент часу попередню вибірку інструкцій може активно запрошувати тільки один буфер. Вибірка виробляється послідовно до появи інструкції галуження. Коли така інструкція з'являється, ВТВ завбачує, буде чи перехід. Якщо завбачується перехід, те дозволяється робота іншого буферу передвиборки і він починає передвиборку з цільової крапки галуження. Якщо завбачене галуження не відбулося, конвейєри інструкцій скидаються і передвиборка починається знову. Оскільки кеш інструкцій окремий від кэша даних, передвиборка інструкцій не конфліктує з запитаннями даних з кеша.
Pentium Pro.

Зовнішній інтерфейс процесора Pentium Pro докорінно відрізняється від всіх попередніх моделей процесорів. Застосування динамічного виконання різко підвищує частоту запитань процесорного ядра до шини за даними пам'яті і інструкціями, оскільки ядро водночас обробляє декілька інструкцій. Для обходу вузького місця - зовнішньої шини - кристал процесорного ядра використає архітектуру подвійної незалежної шини. Одна з цих шин використовується тільки для зв'язку з кристалом вторинного кеша, розташованим в тому же корпусі мікросхеми, а у Pentium II - на загальному картриджі. Ця шина є локальною і в геометричному сенсі - провідники мають довжину порядку одиниць сантиметрів, що дозволяє використати її на частоті ядра процесора. Значний обсяг вторинного кеша дозволяє задовольняти більшість запитань до пам'яті суто локально, при цьому коефіцієнт завантаження шини досягає 90%. Друга шина процесорного кристалу виходить на зовнішні виводи мікросхеми, вона і є системною шиною процесора. Ця шина працює на зовнішній частоті незалежно від внутрішньої шини. Завантаження процесором зовнішньої шини для звичайних “настольных” застосуваннь складає порядку 10% від її пропускної спроможності, а для серверних застосуваннь може досягати 60% при чотирьохпроцесорной конфігурації. Таким Чином, обмежена пропускна спроможність зовнішньої шини перестає сильно стримувати продуктивність процесора. Зниження навантаження на зовнішню шину дозволяє ефективно використати багатопроцесорну архітектуру.

Системна шина PentiumPro і Pentium II більш ефективна для об'єднання процесорів по симетричній архітектурі, ніж шини попередніх процесорів, оптимизовані для обміну з пам'яттю. Вона дозволяє без додаткових схем об'єднувати до чотирьох процесорів.

Сигнали системної шини об'єднуються в групи запитань і відповідей.
Кожне влаштування-агент, підключене до цієї шини, до ініціализації запитання через механізм арбітражу повинно отримати право на використання шини запитання. Запитання виходить за два суміжних такта: в першому такті передається адреса, тип звертання і тому подібна інформація. В другому такті передається унікальний ідентифікатор транзакції, довжина запитання, дозволені байти шини і т. п. Через три такти після запитання перевіряється стан помилки для захисту від помилок передачі або порушень протоколу. Будь- яка виявлена помилка викликає повторення запитання, а друга помилка для того же запитання викликає виключення контролю. Шини транзакції діляться на безліч фаз, перекриваючих друг друга. В фазі завершення всі агенти, що відповідають на дане запитання, при необхідності можуть виставити на шину коди завершення. Інші процесори в цій фазі управляють лініями HIT# і HITM#, в залежності від попадання запитання в їхній внутрішній кеш. Агент, що не встигає відповісти за відведені чотири такту, може виставити водночас сигнали HIT# і HITM# для затримки фази завершення на число тактів, кратне двом. В випадку кеш-попадания запитання до пам'яті задовольняє процесор, оскільки передачі кеш-кэш відбуваються швидше. Однак при попаданні в рядок, що модифікувався цикли звертання до пам'яті неминучі. На шині водночас може бути присутнім безліч запитань і відповідей, однак логічний аналізатор, “що розуміє” протокол шини Pentium Pro, здатний розкласти їх “по полочкам” відповідних транзакцій.

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: сочинение сказка, 2 класс изложение.





Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5  6  7  8 | Следующая страница реферата