Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 1 10/1/2011 Struttura del processore ELETTRONICA DIGITALE (2^ Parte ) (9)

Presentazione sul tema: "Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 1 10/1/2011 Struttura del processore ELETTRONICA DIGITALE (2^ Parte ) (9)"— Transcript della presentazione:

1 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 1 10/1/2011 Struttura del processore ELETTRONICA DIGITALE (2^ Parte ) (9)

2 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 2 Struttura del Processore Modello Generale

3 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 3 Modello di Processore

4 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 4 Modello di Processore È il modello di processore sincrono, basato sulla distinzione tra unità di calcolo e di controllo. È uno schema di base ed essenziale, in generale non è il più efficiente possibile, ma in linea di principio è adatto a eseguire qualunque insieme di istruzioni macchina Può eseguire una sola istruzione macchina per volta (è un modello sequenziale, non parallelo). In generale, per eseguire un’istruzione macchina impiega uno o (spesso) più cicli di clock, secondo: –Numero di parole dell’istruzione macchina –la complessità computazionale dell’istruzione macchina –la potenza computazionale dell’unità di calcolo

5 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 5 Unità Componenti Unità di Calcolo (o data path) –esegue l’istruzione macchina e i calcoli in essa contenuti –prepara gli indirizzi di memoria (o di I / O) e legge o scrive dati da o in memoria (o da o su porta di I / O) Unità di Controllo (o control path) –esamina e interpreta l’istruzione macchina –pilota l’unità di calcolo e l’interfaccia di bus –riceve dall’unità di calcolo o dall’interfaccia di bus segnali di condizione vari, indicanti situazioni specifiche Interfaccia di Bus –interagisce con il bus esterno e il resto del calcolatore –svincola le unità di calcolo e controllo dai dettagli del protocollo di bus del calcolatore –(volendo, l’interfaccia di bus sarebbe riassorbibile nelle altre due

6 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 6 Comunicazione tra Unità Da unità di controllo a unità di calcolo: –ordini: comandi per eseguire l’istruzione macchina Da unità di controllo a interfaccia di bus: –ordini: comandi di bus implicati dall’istruzione macchina (lettura da memoria, scrittura in memoria, ecc) –riscontri: segnalazioni di bus relative all’andamento dell’operazione di memoria (attesa, ecc) Da unità di calcolo a unità di controllo: –istruzione macchina: codice operativo dell’istruzione macchina ed eventualmente altri elementi dell’istruzione stessa necessari per interpretarla compiutamente –esiti (codici di condizione): bit di esito e altri segnali utili per determinare il modo di esecuzione dell’istruzione macchina Da unità di calcolo a interfaccia di bus: –Indirizzi e scambio dati con I/O e memorie

7 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 7 Struttura del Processore Unità di Calcolo

8 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 8 Unità di Calcolo e Controllo a un Bus Interno Si fa riferimento a una CPU generica e a una memoria centrale con parole da 32 bit (ma con pochi cambiamenti tutto vale anche per 16 bit). Registri interni dell’unità di calcolo: –PC(contatore di programma) –MAR(indirizzo di accesso a memoria o porta di I / O) –MDR(lettura e scrittura in memoria o porta di I / O) –IR(contiene l’istruzione macchina in esecuzione) –R0, …, Rn  1(banco dei registri di uso generale) –TEMP, V, Z(registri ausiliari, non visibili esternamente) –(volendo si può aggiungere il registro SP, e altri ancora) Unità di controllo: –cablata (o dedicata) –microprogrammata

9 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 9 Unità di Calcolo a un Bus Interno È la struttura base di unità di calcolo e trova ampio uso in numerosi processori. Con meno di così sarebbe difficile svolgere i compiti essenziali di solito richiesti al processore. Ammette varianti strutturali e versioni più efficienti, ma in ogni caso è un oggetto fondamentale, che va conosciuto e ricordato.

10 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 10 Operazioni elementari Leggere un registro e scrivere il contenuto in un altro registro o all’ALU Calcolare un’operazione logica/aritmetica con l’ALU e scrivere il risultato in un registro Leggere una posizione di memoria e scrivere il contenuto in un registro interno Scrivere in una posizione di memoria il contenuto di un registro interno

11 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 11 Sequenza di Controllo (1) La sequenza di controllo per eseguire un’istruzione macchina è composta da uno o più passi di controllo, uno per ogni ciclo di clock del processore. L’esecuzione complessiva dell’istruzione macchina si divide in tre fasi, a loro volta costituite da una sotto- sequenza di passi di controllo: –prelievo(fetch) –decodifica o interpretazione(decode) –esecuzione e sequenziamento(execute) A ogni passo di controllo vengono generati gli ordini (attivi in parallelo) che pilotano l’unità di calcolo. L’effetto complessivo degli ordini è quello di svolgere per intero l’istruzione macchina.

12 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 12 Sequenza di Controllo (2) Esempi di ordini: –lettura di un registro (dal registro al bus interno): R0 out –scrittura su un registro (dal bus interno al registro): R1 in –operazione della ALU: add, sub, and, or, cmp, … –lettura e scrittura su memoria (o su I / O): read, write Ordini mutuamente esclusivi: –lettura da registro: il contenuto di un solo registro alla volta può essere portato sul bus interno –operazione di ALU...... c’è una sola ALU ! Ecco un esempio semplice. Con prelievo già fatto, si consideri l’istruzione macchina seguente (a 32 bit): –MOVE.L R0, R1(interpretazione RTL: R1   R0  ) –per eseguirla, gli ordini da dare sono: R0 out, R1 in

13 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 13 Sequenza di Controllo Completa Si consideri l’istruzione macchina seguente (somma contenuti R0 e R1, risultato in R1): –ADD R0, R1-- R1   R0    R1  Fase di prelievo (è identica per tutte le istruzioni): –PC out, MAR in, read, select 4, Z in add-- Z   PC   4, leggi mem. –Z out, PC in, V in, WMFC (Wait for Mem Funct Compl)-- PC e V   Z , attendi fine –MDR out, IR in -- IR   MDR  Fase di decodifica o interpretazione: –decodifica l’istruzione macchina (non occorrono ordini, la decodifica è automatica non appena la parola di opcode viene scritta in IR) –se l’istruzione macchina è codificata su più parole, leggi anche le parole di memoria aggiuntive e riaggiorna il PC (qui ev. ordini) Fase di esecuzione: –R0 out, V in -- V   R0  –R1 out, add, Z in -- Z   R1    V  –Z out, R1 in, end-- R1   Z , e poi torna a fase di prelievo

14 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 14 Collegamento tra Registri e Bus Attenzione: dato che il bus interno è unico, solo un dato può essere trasferito in un passo di controllo. Per trasferire più dati, occorrono più passi. Idem, una sola operazione aritmetica- logica per passo.

15 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 15 Struttura di un Registro Interno un generico registro interno, dotato di porta di lettura e scrittura, è una schiera di flip-flop come quello mostrato sopra, pilotati in parallelo singolo flip-flop, con porta di lettura e scrittura verso il bus interno

16 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 16 Registro MDR gli ordini MDR outE e MDR inE sono implicati dagli ordini write e read, rispettivamente, e pertanto si possono omettere

17 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 17 Accesso a Mem. o a Unità di I / O Segnale MFC (Memory Function Completion), Riscontro di completamento dell’operazione, è attivato dall’unità slave (qui la memoria) e indica il completamento dell’operazione: –per esempio in lettura indica che la memoria ha emesso il dato e che questo, tramite il bus esterno, ha raggiunto MDR Ordine WMFC (Wait for MFC): esso “blocca” l’avanzamento dei passi di controllo finché il processore non ha ricevuto MFC. Lettura da memoria: si può usare il registro MDR solo a partire dal passo successivo a quello associato a WMFC. In generale dunque l’ordine WFMC va dato nel passo precedente a quello dove si utilizza il registro MDR. Scrittura in memoria: in generale l’ordine WMFC va dato nello stesso passo dove si dà l’ordine di write. Idem per accedere a unità di I / O (interfaccia periferica).

18 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 18 Clock e Temporizzazione (1) Si suppone che il passo di controllo duri un ciclo di clock (salvo eccezioni, si veda di seguito). Il passaggio da un ciclo di clock a quello successivo è demarcato dal fronte di salita del clock (dunque idem per il passo). L’unità di controllo dà gli ordini all’inizio del passo di controllo. Gli ordini si propagano durante il passo e vengono attuati dall’unità di calcolo e dall’interfaccia di bus. Eventualmente l’unità di calcolo o l’interfaccia di bus mandano all’unità di controllo, durante il passo, segnali di esito o riscontri di bus, che l’unità di controllo interpreta per condizionare l’esecuzione del passo di controllo stesso, o di quelli successivi. I risultati prodotti dalle operazioni svolte durante il passo raggiungono la rispettiva destinazione, e vengono quivi memorizzati, verso la fine del passo.

19 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 19 Clock e Temporizzazione (2) L’emissione del contenuto corrente di un registro (sul bus interno o esterno) avviene all’inizio del passo. La memorizzazione di un nuovo contenuto in un registro avviene alla fine del passo. L’idea è che: –all’inizio del passo si leggono valori dai registri sorgente –durante il passo questi si propagano, eventualmente passano per la ALU e quivi vengono elaborati –e alla fine del passo si scrivono i risultati nei registri destinazione L’ordine WMFC prolunga il passo corrente di uno o più cicli di clock, fino a quando non sia arrivato il segnale MFC. Il passo prolungato è come congelato e viene portato a compimento nel ciclo di clock in cui arriva il segnale MFC.

20 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 20 Clock e Temporizzazione (3) Operazione di lettura da memoria: 1) …, MAR in, read 2) MDR outE, WMFC 3) MDR out, … Nota: l’ordine MDR outE si può omettere (è implicato da read). Si suppone che MFC tardi di due cicli. Diagramma temporale simile per la scrittura. diagramma temporale prolungamento del passo 2 memoria tarda di due cicli

21 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 21 Esempi di altre Istruzioni Macchina ( supponendo di avere già prelevato e scritto in IR la parola di codice operativo – la parola aggiuntiva, se c’è, va gestita) MOVE (R0), R1 (istruzione codificata su una sola parola) –R0 out, MAR in, read-- MAR   R0 , leggi mem. –WMFC-- attendi fine lettura –MDR out, R1 in, end-- R1   MDR , e poi torna a prelievo MOVE #VALORE, R1 (istruzione codificata su due parole) –PC out, MAR in, read, select 4, add, Z in –Z out, PC in, WMFC –MDR out, R1 in, end BRA ETICHETTA (lungo – istruzione codificata su due parole) –PC out, MAR in, read, select 4, add, Z in –Z out, PC in, V in,WMFC –MDR out, select V, add, Z in –Z out, PC in, end

22 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 22 Salto Condizionato Prelievo della parola di opcode (comune a tutte le istruzioni): –PC out, MAR in, read, select 4, Z in add –Z out, PC in, V in,WMFC –MDR out, IR IN BRA ETICHETTA(lungo – istruzione codificata su 2 parole) –PC out, MAR in, read, select 4, add, Z in –Z out, PC in, V in,WMFC –MDR out, select V, add, Z in –Z out, PC in, end Bcc < 0 ETICHETTA(lungo – istruzione codificata su 2 parole) –PC out, MAR in, read, select 4, add, Z in –Z out, PC in, V in,WMFC, if bit N  0 end -- ordine condizionale –MDR out, select V, add, Z in –Z out, PC in, end

23 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 23 Esempio di Istruzione Completa Istruzione Aritmetica ADD (R3), R1 -- codificata su una sola parola interpretazione RTL: R1   R3    R1  potrebbe servire se fosse salto

24 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 24 Esempio di Istruzione Completa Salto Incondizionato (relativo a PC) BRA ETICHETTA -- codificata su una sola parola interpretazione RTL: PC  dist. salto   PC  serve per il salto (che avrà luogo) attenzione: esempio (volutamente) un po’ diverso da quello di prima, dove l’istruzione macchina era codificata su due parole

25 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 25 Esempio di Istruzione Completa Salto Condizionato (relativo a PC) Bcc  0 ETICHETTA -- codificata su una sola parola interpretazione RTL: se esito negativo PC  dist. salto   PC  attenzione: esempio (volutamente) un po’ diverso da quello di prima, dove l’istruzione macchina era codificata su due parole serve per il salto (se avrà luogo)

26 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 26 Unità di Calcolo a tre Bus Interni La presenza di tre bus interni permette di avere parallelismo maggiore di trasferimento di dato, e dunque consente di ridurre il numero di passi (  cicli di clock) necessari per eseguire l’istruzione, almeno fino a un certo punto. si può anticipare bus R

27 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 27 Ancora un po’ di Parallelismo Op. di lettura da memoria R2  R1  in numero minimo di cicli di clock (n  2). Op. di lettura da memoria R2   R1  in n  2 cicli di clock. Si possono mettere in parallelo all’operazione di memoria (lettura o scrittura), o di I / O, operazioni puramente interne al processore. È una forma (limitata) di parallelismo. procede in parallelo alle altre op. interne del processore

28 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 28 Struttura del Processore Unità di Controllo

29 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 29 Unità di Controllo L’unità di controllo emette i segnali (ordini) che regolano il funzionamento dell’unità di calcolo. L’unità di controllo può avere struttura: –cablata (o dedicata): è costruita ad-hoc e si basa su decodificatore di istruzioni (che utilizza il registro IR) contatore (per scandire la successione dei passi di controllo) bit di esito e segnali esterni, per istruzioni condizionate rete combinatoria per generare ordini a ogni passo di controllo –micro-programmata: decodifica l’istruzione macchina e legge in una memoria di controllo (control store), tramite un registro micro-PC, una micro-parola contenente i segnali di controllo da emettere per eseguire l’istruzione Entrambe le strutture di UC sono usate, ma quella cablata oggi è più comune giacché è più efficiente, benché sia meno flessibile.

30 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 30 Unità di Controllo Cablata

31 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 31 Come Funziona Enumera i passi di controllo tramite il registro contatore. Riceve il codice operativo (più eventuali campi aggiuntivi, se necessario) dell’istruzione macchina corrente (che si trova nel registro IR) e lo interpreta estraendone l’operazione. Riceve eventuali bit di esito e segnali esterni, quando il passo di controllo è di tipo condizionato (istr. di salto cond., ecc). Fonde le informazioni di numero di passo, operazione ed eventuale esito / segnale esterno, e così passo per passo genera gli ordini da mandare all’unità di calcolo e all’interfaccia di bus. Pertanto realizza la sequenza di passi di controllo, specifica per ciascuna istruzione macchina del programma. Lavora ciclicamente, e quando termina la sequenza di controllo corrente preleva la nuova istruzione macchina e parte con la nuova sequenza di passi corrispondente, e così via.

32 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 32 Rete Comb. Generatrice di Ordini gli istanti di tempo e i segnali che concorrono ad attivare l’ordine Z in si deducono dalle sequenze di passi di controllo di ciascuna istruzione attivo alto

33 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 33 Come progettare la Rete Comb. add branch Nota bene: l’ordine Z in si attiva nel primo passo (fase di prelievo) comune a tutte le istruzioni macchina (colore rosso). Le attivazioni rimanenti di Z in (colori rosa e verde) dipendono da quale istruzione sia in corso di esecuzione.

34 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 34 Rete Comb. Generatrice di Ordini gli istanti di tempo e i segnali che concorrono ad attivare l’ordine end si deducono dalle sequenze di passi di controllo di ciascuna istruzione attivo alto

35 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 35 Come progettare la Rete Comb. add branch branch  0 Nel caso dell’istruzione macchina “branch  0” (cioè salto condizionato), l’attivazione dell’ordine end (colori verde e arancio) dipende anche dal valore corrente del bit di esito N (che segnala risultato negativo prodotto da un’operazione aritmetica precedente).

36 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 36 Rete Seq. Generatrice di Ordini L’ordine run, che permette (se run  1) o blocca (se run  0) la transizione al passo di controllo successivo, è speciale e va generato in modo sequenziale (una rete combinatoria non basterebbe), in quanto è legato all’andamento del tempo di funzioni, per esempio, quali read e write all’unità di controllo

37 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 37

38 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 38 Struttura del Processore Unità di controllo microprogrammata

39 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 39 Unità di Controllo  -Programmata Il comportamento dell’unità di controllo di tipo  -programmato dipende solo dal contenuto della memoria di  -programma (o control store). I segnali di controllo (cioè gli ordini) di ogni passo sono contenuti in una parola della memoria di  -programma (o  -memoria). Ogni parola di  -memoria viene chiamata  -istruzione. La sequenza di  -istruzioni corrispondenti ai passi di controllo per l’esecuzione di un’istruzione macchina costituisce una  -routine. L’insieme di  -routine costituisce il  - programma

40 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 40 Memoria di  -Programma  Istruzione macchina ADD (R3), R1 microprogrammata Gli ordini (qui si chiamano  -ordini) sono di tipo attivo alto. Ogni  - istruzione specifica i  -ordini da attivare in parallelo durante il passo di controllo corrente.

41 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 41 cablata

42 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 42 Struttura di UC  - Programmata Struttura base: preleva l’istruzione macchina decodifica il codice operativo salta alla  -routine appropriata ne esegue le  - istruzioni

43 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 43 Esempio di  -Routine 1.PC out, MAR in, read, select 4, Z in add 2.Z out, PC in, V in,WMFC 3.MDR out, IR in 4.salta al  -indirizzo della  -routine appropriata 5................... (altre  -routine) 25.PC out, MAR in, read, select 4, add, Z in 26.Z out, PC in, V in,WMFC, if bit N  0 end (goto  -istr. 1) 27.MDR out, select V, add, Z in 28.Z out, PC in, end (goto  -istr. 1) Salto Condizionato (relativo a PC) Bcc  0 ETICHTTA -- codificata su una sola parola

44 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 44 Formato di  -Istruzione La  -istruzione è suddivisa in campi, ciascuno dei quali pilota un solo elemento funzionale del processore:  -istr. orizzontale oppure pilota un gruppo di elementi funzionali attivabili in mutua esclusione:  -istr. verticale

45 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 45 Calcolo del  -Indirizzo Per ottimizzare la struttura del  -programma: –riuso di parti di  -codice per scrivere le differenti  -routine associate alle fasi di esecuzione delle varie istruzioni macchina È utile per esempio per gestire: –i vari modi di indirizzamento –parti comuni a diversi modi di indirizzamento Tecnica: mascheratura di  -indirizzo Il  -indirizzo “generale” (o base) viene modificato (ritoccato) mascherandone alcuni bit per generare gli indirizzi corretti (vedi la struttura di UC mostrata prima), verso dove si vuole effettivamente spostare il flusso di controllo di  -programma. La  -istruzione che effettua la mascheratura di  -indirizzo costituisce a tutti gli effetti un  -salto.

46 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 46 Struttura di UC  -Programmata La  -istruzione incorpora il  -indirizzo della prossima  -istruzione da eseguire. Di solito il  -ind. incorporato punta alla  -istr. consecutiva. Ma il  -ind. incorporato viene ritoccato con mascheratura quando occorre effettuare un  -salto condizionato, a due o più vie (destinazioni di salto).

47 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 47 Formato di  -Istruzione (2) Come prima, ma ora ci sono anche campi appositi per controllare la mascheratura. Il procedimento di mascheratura richiede una pianificazione attenta dei  -indirizzi. Si veda il testo per i dettagli.

48 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 48 Struttura di UC  -Programmata Struttura completa di UC  - programmata:  -indirizzo incorporato circuito di mascheratura interpreta il codice operativo e  -salta alla  -routine appropriata interpreta i campi che codificano i numeri dei registri sorgente e destinazione

49 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 49 Struttura del Processore Notazione Simbolica per microprogrammazione

50 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 50 Perché la Notazione Simbolica La  -istruzione può essere tediosa da scrivere per esteso, giacché è molto dettagliata nei particolari. La tecnica di mascheratura del  -indirizzo è efficace ed efficiente, ma richiede un’attenta pianificazione dei valori numerici da dare ai  -indirizzi di  -salto. È opportuno denotare la  -routine e il  -programma completo in modo puramente simbolico, così evitando di specificare il  - indirizzo in forma numerica, specialmente per quanto attiene il  -salto condizionato e incondizionato. Si ricorre invece al  -indirizzo simbolico, o  - etichetta (proprio come in linguaggio macchina). Segue tabella con semplice notazione simbolica. Torna molto utile in sede di esercitazione.

51 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 51 Notazione per  -Istruzione

52 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 52 Esempio di  -Routine Simbolica

53 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 53 Struttura del Processore Considerazioni Conclusive

54 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 54 Generalità del Modello Il modello di processore sequenziale qui introdotto e illustrato con una certa ampiezza di particolari è del tutto generale in senso concettuale, ma quanto a efficienza (  tempo per eseguire un’istruzione macchina) è molto migliorabile. È comunque un modello usatissimo per processori che non abbiano grandi pretese di potenza ed efficienza. È un modello ragionevole e proponibile per eseguire il linguaggio macchina Motorola, per processore 68000 (ma non per i successivi modelli 680X0, con X  2, 4, 6), perché 68000 è semplice e lineare. È invece decisamente meno proponibile per la famiglia di processori Intel 32 (IA-32), il cui linguaggio macchina è molto articolato e ha una codifica numerica assai raffinata.

55 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 55 Prestazione del Processore In termini generali, la prestazione è il tempo che il processore impiega per eseguire un programma assegnato. Chiaramente essa è proporzionale al numero (medio) di istruzioni macchina eseguibili nell’unità di tempo (un secondo). Se il processore è sequenziale, cioè se può eseguire una sola istruzione macchina per volta, la prestazione dipende: –dal numero medio di passi richiesti dall’istruzione –e dalla durata del passo (ovvero del ciclo di clock) La prestazione media è difficile da calcolare in modo analitico (cioè con formule esatte), perché dipende da molti fattori, spesso in opposizione. Si può stimare sperimentalmente (tramite programma di collaudo o benchmark), ma allora dipende dai programmi di collaudo scelti. Ci sono comunque suite (collezioni) di benchmark standard, più o meno accettate a livello generale (SPEC, Linpack, ecc).

56 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 56 Costo e Prestazione La definizione della struttura del processore (microarchitettura) dipende da un compromesso tra costo e prestazione. L’aumento della prestazione è determinato da: –tecnologia microelettronica digitale (VLSI) –organizzazione e complessità circuitale del processore I costi però sono difficili da definire: –progetto del processore (può durare anni) –dimensioni del componente integrato ospitante il processore (chip grosso  molto costoso) –costo di produzione del componente integrato –resa del processo di produzione (sempre  100 %) –e altro ancora …

57 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 57 Come Aumentare la Prestazione Affidarsi al progresso della tecnologia microelettronica VLSI (miniaturizzazione del transistore), senza però modificare la struttura circuitale del processore e del suo insieme di istruzioni macchina (ISA). Approccio strutturale (o microarchitetturale) per migliorare la prestazione del processore. Tenendo fissa la tecnologia microelettronica e lo ISA, si può: –ridurre il numero di cicli di clock richiesti per l’esecuzione di ogni istruzione macchina, o almeno di alcune di esse –ridurre il durata del ciclo di clock semplificando l’organizzazione del processore –sovrapporre l’esecuzione delle istruzioni macchina: pipelining, superscalarità, calcolo vettoriale, parallelismo a livello di istruzione, ecc – cioè passare a un modello di processore progressivamente più parallelo di quello visto finora

58 Elettronica Digitale (2^ Parte) 10-11_9 58 Qualche Spunto … Per ridurre il numero di cicli di clock richiesti per l’esecuzione dell’istruzione macchina: –aumenta il numero di ALU (ma non sempre si ha lavoro utile da dare loro, e dunque le ALU possono restare inutilizzate) –aumenta il numero di bus interni (p. es. 3 bus, gia visto) (ma oltre un certo limite, anche i bus restano inutilizzati) Per ridurre la durata del ciclo di clock: –in parte, ci pensa già la tecnologia VLSI … –oppure, semplifica i circuiti (se possibile però …) Modello di processore più parallelo: –usa la metodologia di pipelining (e derivati …) –(questo è un cambiamento molto più radicale dei precedenti, e porta molto lontano … verso i processori più potenti e avanzati, come sono concepiti oggi) – vedi cap. 11