Seriál Co se děje v počítači

Na článek z předchozího týdne, v němž jsme si popsali nejmenší jádra ARM s názvem Cortex-M0 a Cortex-M0+, navážeme článkem dnešním, který je věnován výkonnějším mikroprocesorovým a mikrořadičovým jádrům. Ta nesou označení Cortex-M3 a nalezneme je například v čipu, který pohání populární Arduino Due.

Dnes se budeme zabývat popisem jednotek pro správu paměti (Memory Management Unit – MMU) implementovaných na některých mikroprocesorech s architekturou ARM. MMU je samozřejmě důležitou součástí těchto procesorů, protože zajišťuje ochranu paměti i využití virtuálního adresního prostoru.

V dnešní části seriálu o architekturách počítačů se budeme opět zabývat popisem mikroprocesorů patřících do rodiny ARM. Zaměříme se na popis SIMD instrukcí, které sice původně nebyly součástí mikroprocesorů ARM, ale postupně začaly být implementovány jako volitelná rozšíření do některých mikroprocesorových jader.

V dnešní části seriálu o architekturách počítačů se již podruhé budeme zabývat způsobem zpracování numerických hodnot s plovoucí řádovou čárkou na mikroprocesorech ARM. Minule jsme si popsali technologii FPA (Floating Point Accelerator), dnes se zaměříme na alternativní technologii VFP (Vector Floating Point).

V seriálu o architekturách počítačů jsme se již seznámili se všemi třemi instrukčními sadami mikroprocesorů ARM – jak s původní RISCovou sadou, tak i se sadou Thumb a Thumb-2. Ještě jsme si však prakticky nic neřekli o podpoře práce s hodnotami s plovoucí řádovou čárkou. Nyní nastal pravý čas tuto informaci doplnit.

Dnes si popíšeme další alternativní instrukční sadu, kterou jsou vybaveny novější modely mikroprocesorů ARM. Jedná se o instrukční sadu pojmenovanou Thumb-2, která byla navržena takovým způsobem, aby co nejlépe spojila přednosti původní RISCové 32bitové instrukční sady a 16bitové sady Thumb.

Dnes dokončíme popis instrukční sady Thumb, která může být použita u novějších mikroprocesorů s architekturou ARM. Minule jsme si popsali formát aritmetických a logických instrukcí i instrukcí skoku, dnes se zaměříme na instrukce typu Load & Store, tj. na instrukce pro přenos dat mezi registry a pamětí.

Dnes se budeme zabývat instrukční sadou Thumb, podporovanou u moderních variant mikroprocesorů s architekturou ARM. Zavedením této instrukční sady se konstruktéři procesorů ARM snažili o spojení předností architektury RISC s větší „hustotou kódu“ dosahovanou u některých procesorů s architekturou CISC.

Dnes se již potřetí budeme zabývat popisem mikroprocesorů s architekturou ARM. Řekneme si další informace o jejich instrukční sadě, a to jak té původní RISCové sady, tak i instrukční sady Thumb, jenž byla později rozšířena takovým způsobem, aby bylo možné používat instrukce o variabilní šířce 16 a 32 bitů.

V dnešní části seriálu o architekturách počítačů budeme pokračovat v popisu RISCových mikroprocesorů s architekturou ARM. Především se seznámíme s instrukční sadou těchto mikroprocesorů, která se v několika ohledech odlišuje jak od CISCových mikroprocesorů, tak i od ostatních mikroprocesorů typu RISC.

Dnes se budeme zabývat popisem dalších typů mikroprocesorů patřících do rodiny RISC. Bude se jednat o mikroprocesory s architekturou ARM, které sice byly navrženy již v polovině osmdesátých let, ale to neznamená, že by se jednalo o zastaralou technologii – ve skutečnosti je tomu právě naopak.

Dnes se již potřetí budeme zabývat popisem instrukčních sad s „vektorovými“ instrukcemi SIMD, které jsou využívány na mikroprocesorech RISC. Zatímco minule jsme se zaměřili na popis instrukcí MAX-1 a MAX-2 používaných na procesorech PA-RISC, dnes se vrátíme k čipům MIPS i k procesorům SPARC.

V dnešní části seriálu o architekturách počítačů si popíšeme technologii MAX-1 a MAX-2 použitou u mikroprocesorů PA-RISC. Technologie MAX-1 je z historického hlediska důležitá, protože jde o první implementaci SIMD instrukcí na mikroprocesorech. V minulosti totiž byly SIMD instrukce doménou superpočítačů.

V dnešní části seriálu o architekturách počítačů se seznámíme s instrukcemi typu SIMD využívanými v některých mikroprocesorech s architekturou RISC. Právě na těchto mikroprocesorech byly SIMD instrukce použity dříve, než vznikly dnes známější technologie MMX, 3DNow! a SSE/SSE2/SSE4 využívané na x86.

V dnešní části seriálu o architekturách počítačů se zaměříme na popis technologie SSE2. Jedná se o rozšířenou instrukční sadu se SIMD instrukcemi určenou pro mikroprocesory řady x86. SSE2 byla postavena na instrukčních sadách MMX a SSE, jimiž jsme se zabývali v předchozích dvou částech tohoto seriálu.

V dnešní části seriálu o architekturách počítačů se budeme zabývat dalším rozšířením instrukční sady procesorů x86. Zaměříme se na instrukce SSE, které byly poprvé použity v mikroprocesorech Intel Pentium III a později se rozšířily na další čipy vyráběné firmou Intel i na procesory konkurenční AMD.

V dnešní části seriálu o architekturách počítačů se budeme zabývat porovnáním instrukčních sad s instrukcemi typu SIMD, které jsou využívány i v moderních mikroprocesorech na platformě x86. Historicky první rozšiřující instrukční sadou je sada MMX firmy Intel a vylepšení 3DNow! od společnosti AMD.

V předchozí části seriálu o architekturách počítačů jsme si řekli základní informace o procesorech VLIW, u nichž se zvýšení výkonu provádělo díky instrukčním slovům obsahujícím větší množství operací. Opačná technologie je použita u vektorových procesorů, u nichž je každá instrukce prováděna nikoli s vektorem hodnot.

V dnešní části seriálu o architekturách počítačů se zaměříme na popis mikroprocesorů VLIW (Very Long Instruction Word). Jedná se o procesory, které dokážou zpracovávat větší množství instrukcí paralelně, ovšem bez nutnosti používání složitých technologií využívaných v superskalárních mikroprocesorech RISC a CISC.

Dnes budeme zabývat další rodinou 32bitových mikroprocesorů s architekturou RISC. Jedná se o čipy Motorola řady 88000, které sice nebyly po komerční stránce tak úspěšné, jako například mikroprocesory MIPS, SPARC či PA-RISC, ovšem jejich návrh nepostrádal eleganci typickou i pro další čipy navržené v Motorole.

V dnešní části seriálu o architekturách počítačů se po krátké odbočce do světa zásobníkových procesorů vrátíme zpět k mikroprocesorům s architekturou RISC. Kromě již popsaných „mikroprocesorových rodin“ MIPS, SPARC a PA-RISC totiž existují i další RISCové procesory. V minulosti se poměrně velké naděje vkládaly do procesorů AMD 29000 (29k), kterým se budeme věnovat nyní.

V dnešní části seriálu o architekturách počítačů dokončíme popis zásobníkových procesorů. Popíšeme si rozdíly mezi instrukční pipeline použitou u architektury RISC a u zásobníkových procesorů. Taktéž si řekneme, proč je problematické na zásobníkových procesorech efektivně používat céčkové programy.

V předcházejících sedmi částech seriálu o architekturách počítačů jsme se zabývali popisem mikroprocesorů s architekturou RISC, které byly postaveny na principech umožňujících v každém taktu dokončit (v ideálním případě) jednu instrukci, což představovalo značný rozdíl oproti procesorům s architekturou CISC. Ovšem kromě těchto dvou architektur se objevila ještě architektura třetí – zásobníkové procesory.

Dnes na chvíli odbočíme od popisu mikroprocesorů SPARC, protože se budeme zabývat 32bitovými a posléze i 64bitovými mikroprocesory PA-RISC navrženými a vyráběnými společností Hewlett-Packard. Tyto mikroprocesory mají několik vlastností společných s architekturou MIPS i mikroprocesory SPARC.

V dnešní části seriálu o architekturách počítačů budeme pokračovat v popisu RISCových procesorů SPARC. Zaměříme se především na architektury SPARC-V8 (rozšíření minule popsané SPARC-V7) a taktéž na architekturu SPARC-V9, v níž došlo mj. i k přechodu z 32bitové ALU a pracovních registrů na 64bitovou šířku zpracovávaných dat, což mělo poměrně velký význam především v oblasti výkonných serverů.

V dnešní části seriálu o architekturách počítačů budeme pokračovat v popisu mikroprocesorů založených na architektuře SPARC v7. Zaměříme se především na instrukční soubor těchto procesorů, způsob využití jejich sady pracovních registrů i na některé zvláštnosti v samotné konstrukci těchto čipů.

V dnešní části seriálu o architekturách počítačů se společně budeme zabývat popisem mikroprocesorů SPARC založených na architektuře RISC. Tyto mikroprocesory byly navrženy společností Sun Microsystems, která je používala v poměrně širokém spektru svých unixových pracovních stanic.

V dnešní části seriálu o architekturách počítačů si popíšeme vybrané mikroprocesory s architekturou RISC, které byly použity v některých známých i méně známých pracovních stanicích a serverech. Podívám se na mikroprocesory řady MIPS R2000 a R3000, SPARC a PA-RISC a později na Alpha, POWER, PowerPC a Cell.

V dnešní části seriálu o architekturách počítačů navážeme na část předchozí, v níž jsme si vysvětlili principy, na nichž jsou postaveny procesory s architekturou RISC. Dnes si popíšeme architekturu mikroprocesorů, která dala celému směru vývoje těchto čipů jméno – mikroprocesory s architekturou RISC I.

V předchozích třech částech seriálu o architekturách počítačů jsme se zabývali popisem procesorů vybavených mikroprogramovým řadičem. Většinou se jednalo o procesory s komplexní instrukční sadou – CISC. Ovšem již před 35 lety vznikla alternativa k této architektuře – mnohem jednodušší RISC.