Скалярні і суперскалярні мікропроцесори

Процесори з одним команди фактично безадресні скалярними . Процесори , що мають два і більше конвеєрів , називаються суперскалярними; вони можуть виконувати декілька команд за один машинний такт.

Сучасні 32- розрядні мікропроцесори мають архітектуру CISC , RISC , Alpha , Power і ін..

Типовими виробами з CІSC - архітектурою (складні команди, багато способів адресації, мало регістрів загального призначення) є мікропроцесори фірми Intel, в тому числі скалярні :

• 80386, випущений в 1985 році, містить 275000 транзисторів, технологія - 1,2 мкм , адресний простір - 4 Гбайт, внутрішня чергу команд - 16 байт. Це перший 32- розрядний процесор фірми Intel;

• 486, з'явився в 1989 р., число транзисторів - 1,2 млн, технологія - 1 мкм , має вбудований співпроцесор.

До суперскалярних мікропроцесорів фірми Intel відносяться:

• Pentium, розроблений в 1993 р., містить 3,1 млн транзисторів, технологія - 0,8 мкм, має два конвеєра;

• Pentium Pro, розроблявся одночасно з процесором Pentium. В одному корпусі розміщено 5,5 млн транзисторів ядра і 15,5 млн транзисторів для вторинного кеша обсягом 256 Кбайт;

• Pentium ММХ, розроблений в 1997 р. Має 4,5 млн транзисторів, технологія - 0,35 мкм. Забезпечує паралельну обробку групи операндів однією командою, що прискорює виконання мультимедійних завдань;

• Pentium II , з'явився в 1997 р. Це - скорочений варіант ядра Pentium Pro , в який ввели підтримку ММХ. Кристали ядра і статичної пам'яті вторинного кеша розміщені на друкованій платі - картриджі й закриті загальною кришкою.

У 2000 р. фірма Intel випустила 64-розрядний процесор Itanium (кодова назва розробки Merced).

Перераховані моделі мікропроцесорів мають модифікації , які відрізняються частотою роботи (від 66 до 500 МГц і більше), енергоспоживанням, вартістю, областю використання (стаціонарні, мобільні, портативні та ін.)

Ряд фірм (AMD, Cyrix, IBM ) випускають процесори , сумісні з перерахованими моделями Intel і мають свої характерні особливості.

У фірм DEC, Motorola, Texas Instruments, IBM є розробки більш потужних процесорів з RISC - архітектурою.

Узагальнена характеристика суперскалярних cisc - мікропроцесорів

Покоління суперскалярних CISC - мікропроцесорів почалося з процесора Pentium і характеризується :

• великою кількістю складних машинних команд різної розрядності і переважно двох-операндного формату ( у команд RISC – трьохоперандний формат );

• наявністю передвибірки, конвеєра команд і динамічного прогнозування умовних переходів ;

• великим числом способів адресації ;

• використанням усього восьми регістрів загального призначення (у RISC – якмінімум 32 ) :

• широким використанням мікрокоманд ;

• роздільними кешами команд і даних і їх заповненням в пакетному режимі;

• вбудованим співпроцесором FPU .

Архітектура Pentium є оптимізованою, оскільки має властивості сучасних RISC - мікропроцесорів :

• апаратну реалізацію простих команд, виконуваних за один машинний такт ;

• суперскалярність і 64-розрядну зовнішню шину даних;

• приблизно однакову продуктивність конвеєрного FPU для операцій з одинарною, подвійною і розширеної точністю ;

• прогнозування переходів, наявність 64 - і 256- розрядних шин на кристалі ;

• ефективні засоби забезпечення багатопроцесорності та ін

Таким чином, Pentium відноситься до CISC-архітектурі, проте має багато властивостей RISC - мікропроцесорів.

Наступне покоління CISC-мікропроцесорів відраховується від випуску Pentium Pro, Pentium II , Pentium III і Celeron. Вони мають такі основні архітектурні удосконалення:

• можливість виконання команд не в порядку їх розміщення в програмі ;

• вбудований вторинний кеш об'ємом до 2 Мбайт ;

• поява двох незалежних внутрішніх шин: одна - для зв'язку з пам'яттю, друга - для обміну з вторинним кешем ;

• управління енергоспоживанням ;

• наявність вбудованих засобів контролю операцій за модулем два;

• розширення можливостей побудови багатопроцесорних МПС із симетричною архітектурою.

Розвиток сучасних мікропроцесорів визначається конкуренцією між фірмами, розвиваючими напрямки CISC- і RISC- архітектур.