Организация конвейера
В процессоре UltraSPARC-1 реализован девятиступенчатый конвейер. Это означает, что задержка (время от начала до конца выполнения) большинства команд составляет девять тактов. Однако в любой данный момент времени в процессе обработки могут одновременно находиться до девяти команд, обеспечивая во многих случаях завершение выполнения команд в каждом такте. В действительности эта скорость может быть ниже в связи с природой самих команд, промахами кэш-памяти или другими конфликтами по ресурсам. Первая ступень конвейера С выборка из кэш-памяти команд. На второй ступени команды декодируются и помещаются в буфер команд. Третья ступень осуществляет группировку и распределение команд по функциональным исполнительным устройствам. В каждом такте на выполнение в исполнительные устройства процессора могут выдаваться по 4 команды: не более двух целочисленных команд или команд плавающей точки/графических команд, одной команды загрузки/записи и одной команды перехода. На следующей ступени происходит выполнение целочисленных команд или вычисляется виртуальный адрес для обращения к памяти, а также осуществляются окончательное декодирование команд плавающей точки (ПТ) и обращение к регистрам ПТ. На пятой ступени происходит обращение к кэш-памяти данных. Определяются попадания и промахи кэш-памяти и разрешаются переходы. При обнаружении промаха кэш-памяти, соответствующая команда загрузки поступает в буфер загрузки. С этого момента целочисленный конвейер ожидает завершения работы конвейеров плавающей точки/графики, которые начинают выполнение соответствующих команд. Затем производится анализ возникновения исключительных ситуаций. На последней ступени все результаты записываются в регистровые файлы и команды изымаются из обработки.
Целочисленное исполнительное устройство Главной задачей при разработке целочисленного исполнительного устройства (IEU) является обеспечение максимальной производительности при поддержке программной совместимости с существующим системным и прикладным программным обеспечением. Целочисленное исполнительное устройство UltraSPARC-1 объединяет в себе несколько важных особенностей:
- 2 АЛУ для выполнения арифметических и логических операций, а также операций сдвига;
- Многократные целочисленные устройства умножения и деления;
- регистровый файл с восемью окнами и четырьмя наборами глобальных регистров;
- реализация цепей ускоренной пересылки результатов;
- реализация устройства завершения команд, которое обеспечивает минимальное количество цепей обхода (ускоренной пересылки данных) при построении девятиступенчатого конвейера.
