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Articolo pubblicato sul n. 160 di MCmicrocomputer (Edizioni Technimedia Srl - Roma) nel marzo 1996
Anteprima:
A detta
della stessa Cyrix, la famiglia di processori 6x86 offre il
piu' alto livello di performance oggi disponibile per i PC
desktop. Grazie all'utilizzo di un'architettura innovativa
di sesta generazione, i processori 6x86 raggiungono
performance da primato. Ottimizzato per eseguire sia istruzioni a 16 che a 32 bit, il Cyrix 6x86 e' pienamente compatibile con il set di istruzioni x86. Raggiunge alte prestazioni attraverso l'utilizzo di due unita' intere ottimizzate superpipelined e una FPU integrata. Le unita' intera e floating point sono ottimizzate per eseguire un ampio flusso di istruzioni, usando tecniche avanzate che includono il register renaming, l'out-of-order completion, il data dependency removal, il branch prediction e l'esecuzione speculativa. Pur raggiungendo prestazioni superiori gia' con il software esistente, il Cyrix 6x86 si puo' offrire performance ancora superiori (con un guadagno pari al 5-10 per cento) utilizzando codice appositamente ricompilato. La sua architettura superscalare mette a disposizione due pipeline distinte per eseguire istruzioni multiple in parallelo ed ottenere alte performance. Inoltre, incrementando il numero di stadi delle pipeline si evitano interruzioni nell'esecuzione delle istruzioni ed e' offerta alta scalabilita' verso le frequenze di clock maggiori. Il meccanismo di Register Renaming permette la memorizzazione temporanea di dati e la loro disponibilita' immediata senza attendere che la CPU acceda alla cache interna o alla memoria di sistema
L'architettura
Il 6x86 e' il primo di una nuova generazione di processori ad alte performance compatibili x86. Attraverso l'utilizzo di tecniche innovative, il 6x86 elimina molte dipendenze logiche tra i dati e i conflitti di risorsa esistenti in altri microprocessori. Il 6x86 e' formato da cinque blocchi funzionali: l'unita' intera, la cache, la MMU, la FPU e l'unita' interfacciamento col bus. Gli indirizzi fisici sono calcolati dalla MMU e passati all'unita' cache e all'unita' di interfacciamento bus (BIU). La BIU provvede all'interfacciamento tra il sistema esterno e le unita interne di esecuzione del processore.
Integer Unit
L'unita' intera offre l'esecuzione parallela delle istruzioni utilizzando due pipeline a sette stadi. Ognuna delle due pipeline, X e Y, puo' processare molte istruzioni contemporaneamente. - Lo stadio Instruction Fetch (IF) preleva 16 byte di codice dall'unita' cache in un singolo ciclo di clock e controlla il flusso di codice per ogni istruzione di salto che puo' modificare la normale sequenza di programma. - Instruction Decode (ID). Composto a sua volta da due stadi, ID1 valuta il flusso di codice e determina il numero di byte in ogni istruzione. Fino a due istruzioni per ciclo di clock sono inviate allo stadio ID2. - Address Calculation (AC). Composto anch'esso da due stadi, AC1 calcola l'indirizzo di memoria per l'istruzione se questa si riferisce ad un operando in memoria. AC2 esegue ogni funzione richiesta di memory management, gli accessi alla cache o ai registri. Se una istruzione di floating point e' individuata, AC2 la invia all'unita' FPU per la sua esecuzione - Lo stadio Execute (EX) esegue le istruzioni usando gli operandi messi a disposizione dal precedente stadio AC. - Lo stadio Write Back (WB) memorizza i risultati dell'esecuzione o in un registro all'interno dell'unita' intera o nel write buffer dell'unita' di controllo della cache.
Out-of-order processing. Se un'istruzione e' eseguita piu' velocemente di una precedente istruzione eseguita nell'altra pipeline, le istruzioni possono essere completate fuori ordine. Il completamento Out-of-order avviene negli stadi EX e WB.
Data dependency solutions. La dipendenza logica dei dati tipicamente forza l'esecuzione serializzata delle istruzione e puo' degradare le performance. Il 6x86, tuttavia, implementa il renaming dei registri, la rimozione della dipendenza logica dei dati (compresa la spedizione anticipata di operandi e risultati) e il bypassing dei dati per risolvere effettivamente la dipendenza dei dati e consentire l'esecuzione parallela di istruzioni che contengono queste dipendenze.
Branch control. Le istruzioni di salto si presentano in media ogni 4/6 istruzioni nei programmi in codice x86. Gli stadi della pipeline possono arrestarsi mentre si aspetta che la CPU processi il nuovo flusso di istruzioni. Il 6x86 minimizza il degrado delle prestazioni e il tempo di latenza delle istruzioni di salto attraverso l'uso della predizione di salto e dell'esecuzione speculativa. Il 6x86 utilizza un Branch Target Buffer (BTB) a 256 posizioni, quattro vie di tipo associativo per memorizzare gli indirizzi di salto e le informazioni di predizione salto. Utilizza inoltre uno stack ad otto posizioni per memorizzare l'indirizzo di target delle istruzioni RET. La decisione di prelevare o meno l'indirizzo di target e' basato su un algoritmo di branch prediction a quattro stadi che raggiunge un'accuratezza del 90%.
Floating Point Unit
L'unita' in virgola mobile raggiunge alte prestazioni eseguendo le istruzioni floating point in parallelo con le istruzioni intere attraverso un'interfacciamento a 64 bit. E' compatibile con il set di istruzioni x87 e aderisce allo standard IEEE-754. La FPU incorpora due code a quattro posizioni (per le istruzioni e per la memorizzazione) per facilitare l'esecuzione parallela delle istruzioni. Le informazioni sono scambiate con l'FPU attraverso otto registri accessibili sotto forma di stack, un registro di controllo e un registro di stato.
Cache Unit
Il 6x86 incorpora due cache: una unificata da 16 Kbyte (dual port) per dati e istruzioni e una Instruction Line Cache da 256 byte. La cache unificata puo' memorizzare istruzioni e dati in ogni proporzione e offre un migliore sfruttamento rispetto a due separate aree di memoria di egual misura per dati e istruzioni. Un incremento delle prestazioni di interfacciamento della cache con l'unita' intera e' dato dalla presenza di una Instruction Line Cache, fully associative, ad alta velocita'.
Memory Management Unit
L'unita' di Memory Management (MMU) traduce l'indirizzo lineare fornito dall'unita' intera nell'indirizzo fisico utilizzato dalla cache unificata e dal bus interface. Le procedure di Memory Management sono compatibili x86 e aderiscono al meccanismo di paginazione standard.
Bus Interface Unit
L'unita' di interfacciamento bus (BIU) mette a disposizione i segnali e le temporizzazioni richieste dalla circuiteria esterna. Il bus esterno a 64 bit supporta due differenti modi di sequenza di indirizzamento per il ciclo di burst. Il modo "one-plus-four" e' compatibile con le specifiche P54C (Pentium). Operando in modalita' "linear burst" la CPU minimizza l'attivita' di bus e offre performance migliori. Quest'ultima modalita' e' supportata di molti chip set a 64 bit. Il System Management Mode (SMM) offre un interrupt che puo' essere utilizzato per il power management o per l'emulazione trasparente in software di periferiche di I/O. Inoltre, il 6x86 supporta un'interfaccia hardware che permette alla CPU di entrare in modalita' basso consumo (suspend mode). Impaginato originale...
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