Сегодня 21 марта 2026
18+
MWC 2018 2018 Computex IFA 2018
реклама
Процессоры и память

Pentium 4 и G4e: сравнение архитектур

⇣ Содержание

Обзор архитектуры G4e и его конвейера.

На большой диаграмме можно рассмотреть основы архитектуры G4e и особенности реализации ступеней конвейера на препроцессоре и функциональных устройствах.


Перед тем как попасть на конвейер G4e, инструкции должны попасть в кэш инструкций на 32 тысячи записей. 64 кб кэш L1 состоит из кэша инструкций и кэша данных равного размера. Далее инструкция передается из кэша L1 дальше, на следующие ступени препроцессора, а затем на стадию выполнения. Здесь она выполняется одним из восьми функциональных устройств процессора (не считая устройства предсказания ветвлений, о котором мы поговорим позднее).

Как уже было отмечено ранее, G4e вместо классических четырёх ступеней, разбивает конвейер на семь небольших ступеней.



G4
G4e
Препроцессор 1 Выборка 1 Выборка1
2 Выборка2

Декодирование/Отправка
Декодирование/Отправка
4 Выдача
Постпроцессор
Выполнение
Выполнение
4 Завершение/Запись
Завершение

Запись

Давайте взглянем на основные ступени конвейера G4e. Не смотря на то, что их больше четырёх, их предназначение вполне понятно. Понимание этого конвейера, больше похожего на конвейер RISC, даст нам основу для предстоящего разговора о более длинном конвейере P4.

Ступени 1 и 2 - выборка инструкций (Instruction fetch). Эти две ступени предназначены в основном для извлечения инструкций из кэша L1. G4e способен выбрать из кэша L1 четыре инструкции за один такт и передать их на следующую ступень. Будем надеяться, что в кэше L1 есть требуемые инструкции. В случае если в кэше L1 инструкции не найдены, процессор начинает искать их в более медленном кэше L2, что добавляет до девяти тактов задержки ко времени работы конвейера.

Ступень 3 - декодирование/диспетчеризация (decode/dispatch). Как только инструкция выбрана, она поступает на один из двенадцати входов очереди инструкций, где она будет декодирована. Именно на стадии декодирования процессор определяет, что это за инструкция, и куда именно отсылать её на выполнение. Как только инструкция декодирована, она отправляется на нужную очередь выдачи.

Декодер G4e может отправлять на следующую ступень до трёх инструкций за один такт.

Ступень 4 - выдача (Issue) Существует три очереди выдачи для трёх типов инструкций, выполняемых G4e. Первая очередь - для инструкций с плавающей точкой (Floating-Point Issue Queue, FIQ). Вторая очередь - для операций с векторами (the Vector Issue Queue, VIQ). Она обрабатывает операции с векторами (Vector/Altivec). Третья очередь - для выполнения общих инструкций (General Instruction Queue, GIQ). Она отвечает за всё остальное. Как только инструкция выходит из очередей выдачи, она попадает на выполняющий процессор (execution engine).

Ступень выдачи также использует резервации (reservation stations - буферы, содержащие команды, которые уже декодированы, но еще не выполнены), которые прикреплены к различным исполнительным устройствам. Заметим, что на картинке они не изображены. Это были бы маленькие белые квадратики над каждой из групп функциональных устройств. Именно на этой ступени линейный поток команд разбивается на независимые порции, и инструкции распределяются на доступные исполнительные устройства. Здесь происходит "внеочередная проверка", в основном, в резервациях. Резервации выполняют всю "грязную работу" по распределению инструкций для исполнительных устройств, к которым они прикреплены. Очереди выдачи, несмотря на их FIFO-характер, могут посылать инструкции в резервации изменяя их порядок по отношению друг к другу.

Очередь для операций с векторами имеет четыре входа. Она может принимать до двух инструкций за один такт из устройства отправки. Очередь для выполнения общих инструкций имеет шесть входов. Она может принимать до трёх инструкций за такт. У очереди для операций с плавающей точкой - 2 входа, и она может принимать лишь одну инструкцию за такт.

Ступень 5 - выполнение (Execute). Эта ступень достаточно проста. Здесь инструкция попадает из очереди выдачи на нужное функциональное устройство и там выполняется. Операции с плавающей точкой попадают на FPU, векторные операции попадают на одно из четырёх устройств Altivec, целочисленные операции попадают в арифметико-логическое устройство (ALU), и инструкции по загрузке или хранению (LOADs or STOREs) попадают на устройство загрузки или хранения (LOAD/STORE Units, LSU). Об этих устройствах мы поговорим более детально, когда будем обсуждать стадию выполнения.

Ступени 6 и 7 - завершение и обратная запись (Complete and Write-Back). На этих двух ступенях инструкции собираются в исходный порядок (в каком они попали в процессор), а их результат записывается в память. Важно, чтобы инструкции были собраны правильно, для "прозрачности" внеочередного выполнения инструкций извне. Для нормального функционирования приложению должно казаться, что все инструкции выполняются последовательно.

Пример всех путешествий инструкций по процессору G4e можно увидеть в этом анимированном GIFе. Предупреждаем, его размер - 355К.

Перед тем как перейти к детальному рассмотрению ступени выполнения G4e обратимся к одному аспекту препроцессора, к устройству обработки ветвлений. (branch processing unit)

Следующая страница → ← Предыдущая страница
⇣ Содержание
Если Вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
Чиновников обяжут пользоваться мессенджером Max 3 мин.
Пентагон принял боевую ИИ-систему Palantir Maven в качестве основной для армии США 7 мин.
Microsoft представила MAI-Image-2 — ИИ-генератор изображений, который оказался неожиданно хорош в фотореализме и инфографике 18 мин.
Меньше ИИ, больше надёжности: Microsoft рассказала, как будет возвращать утраченное доверие к Windows 11 22 мин.
Суд признал, что «глупые твиты» Илона Маска перед покупкой Twitter привели к убыткам инвесторов 7 ч.
Панель задач Windows 11 всё же станет перемещаемой — как в Windows 10 11 ч.
Новая статья: Esoteric Ebb — кубик всемогущий. Рецензия 13 ч.
Поиск Google начал подменять заголовки новостей сгенерированными ИИ — и не гнушается искажением смысла 13 ч.
Продажи Crimson Desert в день релиза превысили два миллиона копий — Pearl Abyss пообещала оперативно улучшать игру 17 ч.
Мартовское обновление Windows 11 сломало вход в Teams и OneDrive, призналась Microsoft 18 ч.
Tesla нацелилась на 100 ГВт солнечной энергии — с китайской помощью 42 мин.
Второй полёт прототипа тихого сверхзвукового авиалайнера NASA X-59 оказался недолгим, но информативным 59 мин.
Джефф Безос поставил на физический ИИ: он создаёт фонд на $100 млрд для скупки производств и перевода их на ИИ-рельсы 6 ч.
xAI переманила у OpenAI крупного клиента, применив тактику «внедрения» 7 ч.
Nintendo сделает батарею в Switch 2 сменной, но не для всех 8 ч.
Учёные создали «рентген» для работающих чипов — мечта инспекторов и хакеров 15 ч.
В Китае придумали, как охлаждать квантовые процессоры без дефицитного гелия-3 15 ч.
Huawei представила смартфон Mate 80 Pro Max Wind Edition с сильно выступающими камерами и вентилятором 17 ч.
Доступный MacBook Neo стал хитом: Тим Кук похвастался лучшим запуском новых Mac в истории 17 ч.
Ракету SLS с кораблём Orion вернули на стартовую площадку в преддверии исторического облёта Луны людьми 17 ч.