Šajā pasaulē ikviens vēlas ātri paveikt savas lietas/darbus. vai ne? No automašīnām līdz rūpnieciskām un sadzīves mašīnām ikviens vēlas, lai tās strādātu ātrāk. Vai jūs zināt, kas atrodas šajās mašīnās, kas liek tām darboties? Viņi ir procesori . Atkarībā no funkcionalitātes tie var būt mikro vai makro procesori. Pamatprocesors parasti izpilda vienu instrukciju katrā pulksteņa ciklā. Lai uzlabotu to apstrādes ātrumu, lai mašīnas varētu uzlabot savu ātrumu, tika izveidota, superskalārais procesors kam ir konveijera algoritms, kas ļauj izpildīt divas instrukcijas katrā pulksteņa ciklā. Pirmo reizi to izgudroja Seymour Cray's CDC 6600, kas tika izgudrots 1964. gadā, un vēlāk to uzlaboja Tjaden & Flynn 1970. gadā.
Pirmo komerciālo vienas mikroshēmas superskalāro mikroprocesoru MC88100 izstrādāja Motorola 1988. gadā, vēlāk Intel ieviesa savu versiju I960CA 1989. gadā un AMD 29000 sēriju 29050 1990. gadā. Pašlaik tiek izmantots tipiskais superskalārais procesors atkarībā no Intel Core7 procesa. Nehalem mikroarhitektūra.
Neskatoties uz to, superskalāra ieviešana virzās uz sarežģītības palielināšanu. Šo procesoru dizains parasti attiecas uz metožu kopumu, kas ļauj datora centrālajam procesoram sasniegt caurlaidspēju, kas pārsniedz vienu instrukciju katrā ciklā, izpildot vienu secīgu programmu. Tālāk šajā rakstā aplūkosim SuperScalarprocessor arhitektūru, kas samazina tā izpildes laiku un lietojumprogrammas.
Kas ir superskalārais procesors?
Mikroprocesora veids, ko izmanto, lai vienā procesorā ieviestu paralēlisma veidu, kas pazīstams kā instrukciju līmeņa paralēlisms, lai CLK cikla laikā izpildītu vairāk nekā vienu instrukciju, vienlaikus nosūtot dažādas instrukcijas īpašām procesora izpildes vienībām. A skalārais procesors izpilda vienu instrukciju katram pulksteņa ciklam; superskalārais procesors var izpildīt vairāk nekā vienu instrukciju pulksteņa cikla laikā.
Superskalārās projektēšanas metodes parasti ietver paralēlu reģistru pārdēvēšanu, paralēlu instrukciju dekodēšanu, ārpuskārtas izpildi un spekulatīvu izpildi. Tāpēc šīs metodes parasti tiek izmantotas ar papildinošām projektēšanas metodēm, piemēram, konveijeru, atzaru prognozēšanu, kešatmiņu un daudzkodolu pašreizējo mikroprocesoru dizainu.
Iespējas
Superskalāro procesoru funkcijas ir šādas.
- Superskalārā arhitektūra ir paralēla skaitļošanas tehnika, ko izmanto dažādos procesoros.
- Superskalārā datorā centrālais procesors pārvalda vairākus instrukciju cauruļvadus, lai pulksteņa cikla laikā vienlaikus izpildītu vairākas instrukcijas.
- Superskalārās arhitektūras ietver visas cauruļvadu ierīkošana funkcijas, lai gan tajā pašā konveijerā vienlaikus tiek izpildītas vairākas instrukcijas.
- Superskalārās projektēšanas metodes parasti ietver paralēlu reģistru pārdēvēšanu, paralēlu instrukciju dekodēšanu, spekulatīvu izpildi un nepareizu izpildi. Tādējādi šīs metodes parasti tiek izmantotas kopā ar papildu projektēšanas metodēm, piemēram, kešatmiņu, konveijeru, atzaru prognozēšanu un daudzkodolu jaunāko mikroprocesoru dizainu.
Superskalārā procesora arhitektūra
Mēs zinām, ka superskalārais procesors ir centrālais procesors, kas izpilda vairāk nekā vienu instrukciju katrā CLK ciklā, jo apstrādes ātrumu vienkārši mēra CLK ciklos katrā sekundē. Salīdzinot ar skalāro procesoru, šis procesors ir ļoti ātrāks.
Superskalārā procesora arhitektūra galvenokārt ietver paralēlas izpildes vienības, kurās šīs vienības var vienlaikus īstenot instrukcijas. Tātad, pirmkārt, šī paralēlā arhitektūra tika ieviesta RISC procesorā, kas izmanto vienkāršas un īsas instrukcijas, lai veiktu aprēķinus. Tātad, pateicoties viņu superskalārajām spējām, parasti RISKS procesoriem ir bijuši labāki rezultāti, salīdzinot ar CISC procesoriem, kas darbojas ar to pašu megahercu. Bet, lielākā daļa CISC procesori, piemēram, Intel Pentium, ietver arī RISC arhitektūru, kas ļauj tiem izpildīt instrukcijas paralēli.
Superskalārais procesors ir aprīkots ar vairākiem apstrādes blokiem dažādu instrukciju paralēlai apstrādei katrā apstrādes posmā. Izmantojot iepriekš minēto arhitektūru, vairākas instrukcijas sāk izpildi līdzīgā pulksteņa ciklā. Šie procesori spēj iegūt instrukciju izpildes izvadi no iepriekšminētās vienas instrukcijas katram ciklam.
Iepriekš redzamajā arhitektūras diagrammā procesors tiek izmantots ar divām izpildes vienībām, kur viena tiek izmantota veselam skaitļam, bet otra tiek izmantota peldošā komata operācijām. Instrukciju ielādes vienība (IFU) spēj nolasīt instrukcijas vienlaikus un saglabā tās instrukciju rindā. Katrā ciklā nosūtīšanas vienība ienes un atkodē līdz 2 instrukcijām no rindas priekšpuses. Ja ir viens vesels skaitlis, viena peldošā komata instrukcija un nav nekādu apdraudējumu, abas instrukcijas tiek nosūtītas līdzīgā pulksteņa ciklā.
Cauruļvadi
Konveijera izveide ir procedūra uzdevumu sadalīšanai apakšsoļos un to izpildei dažādās procesora daļās. Šajā superskalārajā konveijerā vienlaikus var ienest un nosūtīt divus norādījumus, lai ciklā izpildītu ne vairāk kā 2 instrukcijas. Tālāk ir parādīta konveijera arhitektūra skalārā procesorā un superskalārā procesorā.
Instrukcijas superskalārajā procesorā tiek izdotas no secīgas instrukciju straumes. Tam ir jāatļauj vairākas instrukcijas katram pulksteņa ciklam, un centrālajam procesoram ir dinamiski jāpārbauda, vai starp instrukcijām nav datu atkarības.
Tālāk norādītajā konveijera arhitektūrā F tiek ielādēts, D tiek dekodēts, E tiek izpildīts un W ir reģistra atpakaļrakstīšana. Šajā cauruļvada arhitektūrā I1, I2, I3 un I4 ir instrukcijas.
Skalārā procesora konveijera arhitektūra ietver vienu konveijeru un četras pakāpes ienesi, dekodēšanu, izpildi un rezultātu rakstīšanu atpakaļ. Viena konveijera skalārā procesorā konveijera instrukcijā1 (I1) darbojas kā; pirmajā pulksteņa periodā I1 tas ienesīs, otrajā pulksteņa periodā tas atšifrēs un otrajā instrukcijā I2 ienesīs. Trešā instrukcija I3 trešajā pulksteņa periodā tiks ielādēta, I2 atšifrēs un I1 tiks izpildīts. Ceturtajā pulksteņa periodā I4 ienesīs, I3 atšifrēs, I2 izpildīs un I1 ierakstīs atmiņā. Tātad septiņos pulksteņa periodos tas izpildīs 4 instrukcijas vienā konveijerā.
Superskalārā procesora konveijera arhitektūra ietver divus konveijerus un četras pakāpes ielāde, atkodēšana, izpilde un rezultātu rakstīšana atpakaļ. Tas ir 2 izdevumu superskalārais procesors, kas nozīmē, ka vienlaikus divas instrukcijas ienesīs, atšifrēs, izpildīs un rezultātu rakstīs atpakaļ. Divas instrukcijas I1 un I2 vienlaikus ienesīs, atšifrēs, izpildīs un ierakstīs atpakaļ katrā pulksteņa periodā. Vienlaikus nākamajā pulksteņa periodā atlikušās divas instrukcijas I3 un I4 vienlaikus ienesīs, atšifrēs, izpildīs un ierakstīs atpakaļ. Tātad piecos pulksteņa periodos tas izpildīs 4 instrukcijas vienā konveijerā.
Tādējādi skalārais procesors izdod vienu instrukciju katrā pulksteņa ciklā un izpilda vienu konveijera posmu katrā pulksteņa ciklā, savukārt superskalārais procesors izdod divas instrukcijas katrā pulksteņa ciklā un paralēli izpilda divus katras pakāpes gadījumus. Tātad instrukciju izpilde skalārā procesorā aizņem vairāk laika, savukārt superskalārā instrukciju izpilde prasa mazāk laika .
Superskalāro procesoru veidi
Tie ir dažādi tirgū pieejamie superskalāro procesoru veidi, kas ir apskatīti tālāk.
Intel Core i7 procesors
Intel core i7 ir superskalārs procesors, kura pamatā ir Nehalem mikroarhitektūra. Core i7 dizainā ir dažādi procesora kodoli, kur katrs procesora kodols ir superskalārs procesors. Šī ir ātrākā Intel procesora versija, ko izmanto patērētāju datoros un ierīcēs. Līdzīgi kā Intel Corei5, šis procesors ir iestrādāts Intel Turbo Boost tehnoloģijā. Šim procesoram ir pieejami 2 līdz 6 varianti, kas vienlaikus atbalsta līdz pat 12 dažādiem pavedieniem.
Intel Pentium procesors
Intel Pentium procesora superskalārā konveijera arhitektūra nozīmē, ka CPU katrā ciklā izpilda vismaz divas vai vairāk instrukcijas. Šo procesoru plaši izmanto personālajos datoros. Intel Pentium procesoru ierīces parasti ir paredzētas lietošanai tiešsaistē, mākoņdatošanai un sadarbībai. Tātad šis procesors lieliski darbojas planšetdatoros un Chromebook datoros, lai nodrošinātu spēcīgu vietējo veiktspēju un efektīvu tiešsaistes mijiedarbību.
IBM Power PC601
Superskalārais procesors, piemēram, IBM power PC601, ir no RISC mikroprocesoru PowerPC saimes. Šis procesors spēj izdot, kā arī atsaukt trīs instrukcijas katram pulkstenim un vienu katrai no 3 izpildes vienībām. Instrukcijas ir pilnīgi neatbilstošas, lai uzlabotu veiktspēju; bet PC601 liks izpildei parādīties kārtībā.
Jaudas PC601 procesors nodrošina 32 bitu loģiskās adreses, 8, 16 un 32 bitu veselu skaitļu datu tipus un 32 un 64 bitu peldošā komata datu tipus. 64 bitu PowerPC ieviešanai šī procesora arhitektūra nodrošina 64 bitu veselu skaitļu datu tipus, adresācijas un citas funkcijas, kas nepieciešamas, lai pabeigtu 64 bitu arhitektūru.
MC 88110
MC 88110 ir vienas mikroshēmas otrās paaudzes RISC mikroprocesors, kas izmanto progresīvas metodes, lai izmantotu instrukciju līmeņa paralēlismu. Šis procesors izmanto vairākas mikroshēmas kešatmiņas, superskalāras instrukciju problēmas, ierobežotu dinamisku instrukciju ierakstīšanu un spekulatīvu izpildi, lai sasniegtu maksimālu veiktspēju, tāpēc to ideāli izmanto kā centrālo procesoru zemu izmaksu personālajos datoros un darbstacijās.
Intel i960
Intel i960 ir superskalārs procesors, kas spēj izpildīt un nosūtīt dažādas neatkarīgas instrukcijas katrā procesora pulksteņa ciklā. Šis ir uz RISC balstīts mikroprocesors, kas deviņdesmito gadu sākumā kļuva ļoti slavens kā iegultais mikrokontrolleris. Šis procesors tiek nepārtraukti izmantots dažos militāros lietojumos.
MIPS R
MIPS R ir dinamisks un superskalārs mikroprocesors, ko izmanto, lai izpildītu 64 bitu MIPS 4 instrukciju kopas arhitektūru. Šis procesors ienes un atkodē 4 instrukcijas katram ciklam un izdod tās piecām pilnībā konveijerātām un zema latentuma izpildes vienībām. Šis procesors ir īpaši izstrādāts augstas veiktspējas, lielām un reālām lietojumprogrammām ar vāju atmiņas vietu. Ar aptuvenu izpildi tas vienkārši aprēķina atmiņas adreses. MIPS procesorus galvenokārt izmanto dažādās ierīcēs, piemēram, Nintendo Gamecube, SGI produktu līnijā, Sony Playstation 2, PSP un Cisco maršrutētājos.
Atšķirība B/W Superscalar Vs Cauruļvadu
Atšķirība starp superskalāru un konveijeru ir aplūkota tālāk.
|
Superskalārs |
Cauruļvadi |
| Superskalārs ir centrālais procesors, ko izmanto, lai vienā procesorā ieviestu paralēlisma veidu, ko sauc par instrukciju līmeņa paralēlismu. | Tiek izmantota tāda ieviešanas metode kā konveijera izveide, ja izpildes laikā pārklājas vairākas instrukcijas. |
| Superskalārā arhitektūra ierosina vairākas instrukcijas vienlaikus un izpilda tās atsevišķi. | Cauruļvada arhitektūra izpilda vienu konveijera posmu tikai katram pulksteņa ciklam.
|
| Šie procesori ir atkarīgi no telpiskā paralēlisma. | Tas ir atkarīgs no laika paralēlisma. |
| Vairākas darbības tiek veiktas vienlaikus ar atsevišķu aparatūru. | Pārklājas vairākas darbības ar parasto aparatūru. |
| Tas tiek panākts, dublējot aparatūras resursus, piemēram, reģistra failu portus un izpildes vienības. | To panāk ar izpildes vienībām, kas ir iestrādātas dziļāk ar ļoti ātriem CLK cikliem. |
Raksturlielumi
The superskalārā procesora īpašības iekļaujiet tālāk norādīto.
- Superskalārais procesors ir superkonveijera modelis, kurā vienkārši neatkarīgās instrukcijas tiek izpildītas sērijveidā bez jebkādas gaidīšanas situācijas.
- Superskalārais procesors vienlaikus ienes un atkodē vairākas ienākošās instrukciju straumes instrukcijas.
- Superskalāro procesoru arhitektūra izmanto instrukciju līmeņa paralēlisma potenciālu.
- Superskalārie procesori galvenokārt izdod iepriekš minēto vienu instrukciju katram ciklam.
- No. izdoto instrukciju skaits galvenokārt ir atkarīgs no norādījumiem instrukciju plūsmā.
- Instrukcijas bieži tiek pārkārtotas, lai tās labāk atbilstu procesora arhitektūrai.
- Superskalārā metode parasti ir saistīta ar dažām identifikācijas pazīmēm. Norādījumi parasti tiek izsniegti no secīgas instrukciju straumes.
- CPU izpildes laikā dinamiski pārbauda, vai starp instrukcijām nav datu atkarības.
- CPU izpilda vairākas instrukcijas katram pulksteņa ciklam.
Priekšrocības un trūkumi
The Superskalārā procesora priekšrocības iekļaujiet tālāk norādīto.
- Superskalārais procesors vienā procesorā ievieš instrukciju līmeņa paralēlismu.
- Šie procesori ir vienkārši izveidoti, lai veiktu jebkuru instrukciju kopu.
- Superskalārais procesors, kas ietver nekārtības izpildes zaru prognozēšanu un spekulatīvo izpildi, var vienkārši atrast paralēlismu virs vairākiem pamata blokiem un cilpas iterācijām.
The Superskalārā procesora trūkumi iekļaujiet tālāk norādīto.
- Enerģijas patēriņa dēļ superskalāri procesori netiek daudz izmantoti mazās iegultās sistēmās.
- Šajā arhitektūrā var rasties problēmas ar plānošanu.
- Superskalārais procesors paaugstina aparatūras projektēšanas sarežģītības līmeni.
- Instrukcijas šajā procesorā tiek vienkārši ielādētas, pamatojoties uz to secīgo programmu secību, taču šī nav labākā izpildes secība.
Superskalārā procesora lietojumprogrammas
Superskalārā procesora lietojumprogrammas ir šādas.
- Superskalāro izpildi bieži izmanto klēpjdators vai galddators. Šis procesors vienkārši skenē programmu izpildes laikā, lai atklātu instrukciju kopas, kuras var izpildīt kā vienu.
- Superskalārais procesors ietver dažādas datu ceļu aparatūras kopijas, kas vienlaikus izpilda dažādas instrukcijas.
- Šis procesors galvenokārt ir paredzēts, lai ģenerētu ieviešanas ātrumu, kas pārsniedz vienu instrukciju katram pulksteņa ciklam vienai secīgai programmai.
Tādējādi tas viss ir par superskalārā procesora pārskats – arhitektūra, veidi un lietojumprogrammas. Šeit jums ir jautājums, kas ir skalārais procesors?
