Альфа 21264 - Alpha 21264

Альфа 21264 микроархитектурасы.

The Альфа 21264 Бұл Digital Equipment Corporation RISC микропроцессор 1996 жылдың қазанында енгізілді. 21264 іске асырды Альфа нұсқаулық жиынтығының архитектурасы (БҰЛ).

Сипаттама

Альфа 21264 немесе қысқаша Альфа 7 - төрт мәселе суперскалар микропроцессор тапсырыстан тыс орындау және алыпсатарлық орындау. Оның бір цикл үшін алты нұсқаулықтан тұратын ең жоғарғы орындау жылдамдығы бар және бір циклға төрт нұсқаулық берілуі мүмкін. Оның жеті кезеңі бар нұсқаулық.

Тапсырыс жоқ

Кез-келген кезеңде микропроцессор кез-келген басқа заманауи микропроцессордан асып түсіп, әр түрлі орындалу сатысында 80-ге дейін нұсқаулыққа ие бола алады.

Шифрланған нұсқаулар нұсқаулық кезектерінде сақталады және операндтары болған кезде шығарылады. Бүтін кезекте 20 жазба және қалқымалы кезек 15 болды. Әр кезек қанша құбыр өткізгіш болса, сонша нұсқаулар бере алады.

Ebox

Ebox бүтін санды орындайды, жүктейді және сақтайды. Оның екі бүтін бірлігі, екі жүкті сақтау бірлігі және екі бүтін бірлігі бар файлдарды тіркеу. Әрбір бүтін регистр файлында 80 жазба болды, оның 32-сі архитектуралық регистрлер, 40-ы атаудың регистрлері және 8-і PAL көлеңкелі регистрлері. R31 тіркелімі үшін жазба болған жоқ, өйткені Alpha архитектурасында R31 нөлге дейін беріліп, тек оқуға арналған.

Әрбір регистр файлы бүтін бірлікке және жүктеме сақтау бірлігіне қызмет етті, ал регистр файлы және оның екі бірлігі «кластер» деп аталады. Екі кластер U0 және U1 болып белгіленді. Бұл схема операндтарға қызмет ету және нәтижелерді алу үшін қажет жазу және оқу порттарының санын азайту кезінде пайдаланылды, осылайша регистр файлының физикалық өлшемін кішірейтіп, микропроцессорға жоғары жиілікте жұмыс істеуге мүмкіндік берді. Тіркеу файлдарының кез келгеніне жазбалар синхрондалуы керек, бұл орындалу үшін сағат циклін қажет етеді, бұл өнімділікке теріс әсер етеді. Синхрондау нәтижесінде төмендеген өнімділік екі жолмен өтелді. Біріншіден, қол жеткізуге болатын жоғары жиіліктегі шығынның орнын толтырады. Екіншіден, нұсқаулықтың шығарылуына жауап беретін логика регистр файлын синхрондауға тура келетін жағдайларды болдырмады, егер мүмкін болса, басқа регистр файлында сақталатын мәліметтерге тәуелді емес нұсқаулар берді.

Екі айырмашылықты қоспағанда, кластерлер бірдей: U1-де жеті циклді құбырлы мультипликатор бар, ал U0-да Motion Video Instructions (MVI) орындау үшін үш циклді құбыр бар, бұл альфа архитектурасына арналған, бірнеше командалық (SIMD) командалық нұсқаулықты анықтайды. мультимедия үшін.

Жүкті сақтау бөлімшелері қарапайым арифметикалық логикалық бірліктер есептеу үшін қолданылады виртуалды мекенжайлар жадқа қол жеткізу үшін. Олар сонымен қатар қарапайым арифметикалық және логикалық нұсқауларды орындай алады. Alpha 21264 нұсқауларының логикасы осы мүмкіндікті пайдаланды, бұл нұсқаулықтарды пайдалану үшін қол жетімді болған кезде берді (мекен-жай арифметикасын орындамаған).

Сондықтан Ebox-та төрт 64 бит бар қосуыштар, төрт логикалық бірлік, екеуі баррельді ауыстырғыштар, байт-манипуляция логикасы, U1 және U0 арасында бірдей бөлінген шартты тармақталған логиканың екі жиынтығы.

Fbox

Орындауға Fbox жауап береді өзгермелі нүкте нұсқаулық. Ол екі өзгермелі нүкте құбырынан және өзгермелі нүктелік регистр файлынан тұрады. Құбырлар бірдей емес, біреуі көптеген нұсқауларды орындайды, ал екіншісі тек көбейтеді. Толтырғыштың құбырында оған жалғанған құбырсыз екі блок, бөлгіш және квадрат түбірлік қондырғы бар. Қосудың, көбейтудің және басқа нұсқаулардың көпшілігінде 4 циклді кешігу бар, екі дәлдіктегі бөлудің 16 циклды кешігуі, ал екі дәлдіктегі квадрат түбірде 33 циклдік кешігу бар. Жылжымалы нүкте регистрінің файлы 72 жазбаны қамтиды, оның 32-сі архитектуралық регистрлер, ал 40-ы атаудың регистрлері.

Кэш

Альфа 21264 екі деңгейге ие кэш, негізгі кэш және қосымша кэш. Үшінші деңгей (L3 немесе «құрбан») кэш Альфа 21164 өткізу қабілеттілігіне байланысты қолданылмады.

Бастапқы кэштер

Бастапқы кэш нұсқаулар мен мәліметтер үшін бөлек кэштерге бөлінеді («»өзгертілген Гарвард архитектурасы «), сәйкесінше I-кэш және D-кэш. Екі кэштің сыйымдылығы 64 Кбайт. D-кэш сағат сигналының көтерілген және құлайтын шеттерінде деректерді беру арқылы қос портталған. Бұл қосарланған әдіс - әрбір процессор циклінде кэшке оқудың немесе жазудың кез-келген тіркесімін қосуға мүмкіндік берді, сонымен қатар кэштің көшірмесін жасаудан аулақ болды, сондықтан Альфа 21164-тегідей екі кэш болады. Кэштің көшірмесін жасау кэш сыйымдылығын шектеді, өйткені оны қамтамасыз ету үшін көп транзисторлар қажет қуаттылықтың бірдей мөлшері, ал өз кезегінде қажетті аумақты және тұтынылатын қуатты ұлғайтты.

B-кэш

B-кэш деп аталатын қайталама кэш - бұл сыйымдылығы 1 ден 16 МБ дейінгі сыртқы кэш. Ол микропроцессормен басқарылады және синхронды түрде жүзеге асырылады статикалық жедел жад (SSRAM) ішкі сағат жиілігінің үштен екісі, жартысы, үштен бірі немесе төрттен бірінде немесе 500 МГц-те 133-тен 333 МГц-ке дейін жұмыс істейтін чиптер. B-кэшке SSRAM-мен бірдей тактілік жиілікте немесе егер екі еселік жиілікте жұмыс істейтін арнайы 128-биттік шинамен қол жеткізілсе, деректердің қосарланған жылдамдығы SSRAM қолданылады. В-кэш тікелей картаға түсірілген.[1]

Филиалды болжау

Филиалды болжау турнирді болжау алгоритмі бойынша орындалады. Алгоритмді Скотт МакФарлинг Digital's Western зерттеу зертханасында (WRL) әзірледі және 1993 жылғы мақалада сипатталған. Бұл болжам Альфа 21264-те жеті циклдан тұратын салалық қате болжаудың минималды жазасы болғандықтан қолданылды. Нұсқаулық кэшінің екі цикл кешігуіне және нұсқаулық кезектеріне байланысты, филиалдың қате болжауының орташа жазасы 11 циклды құрайды. Алгоритм жергілікті және глобалды екі тарих кестесін жүргізеді, ал филиалдың нәтижесін болжау үшін қолданылатын кесте Таңдау болжаушысымен анықталады.

Жергілікті болжам - бұл жеке филиалдардың тарихын жазатын екі деңгейлі кесте. Ол 1024 жолдық 10 биттік тармақ тарихының кестесінен тұрады. Екі деңгейлі кесте пайдаланылды, өйткені болжау дәлдігі үлкен деңгейлі кестеге ұқсас, ал сақтаудың аз бөлігі қажет. Оның 1024 кіру тармағын болжау кестесі бар. Әрбір жазба 3-биттік қанықтыру есептегіші болып табылады. Есептегіштің мәні ағымдағы тармақтың алынуын немесе алынбауын анықтайды.

Жаһандық болжаушы - бір деңгейлі, 4096 кіру тарихының кестесі. Әрбір жазба - 2-битті қанықтыру санауышы; осы есептегіштің мәні ағымдағы тармақтың алынуын немесе алынбауын анықтайды.

Таңдау болжаушысы белгілі бір тармақ үшін қай болжамды ең жақсы болатынын анықтау үшін жергілікті және ғаламдық болжаушылардың тарихын жазады. Оның 4096 кіру тарихының кестесі бар. Әрбір жазба 2 биттік қанықтырғыш болып табылады. Есептегіштің мәні жергілікті немесе глобалды болжаушының қолданылатындығын анықтайды.

Сыртқы интерфейс

Сыртқы интерфейс екі бағытты 64 биттен тұрды деректердің қосарланған жылдамдығы (DDR) деректер шинасы және екі 15-биттік уақытты мультиплекстелген мекен-жайы және бақылау автобустар, біреуі Альфа 21264 сигналынан, екіншісі жүйеден шыққан сигналдарға арналған. Сандық автобусқа лицензия берді Жетілдірілген микро құрылғылар (AMD), және ол кейіннен оларда қолданылды Атлон микропроцессорлар, мұнда ол EV6 шинасы ретінде белгілі болды.

Жадтың мекен-жайы

Alpha 21264 CPU 48-биттік немесе 43-биттік виртуалды мекенжайды қолдайды (256TiB немесе 8TiB виртуалды мекен-жай кеңістігі қайтадан), IPR бақылауымен таңдалады (VA_CTL басқару регистрін қолдана отырып). Alpha 21264 44-биттік физикалық адреске қолдау көрсетеді (физикалық жады 16 TiB дейін). Бұл алдыңғы Альфа-процессорлардан (43-биттік виртуалды және 40-биттік физикалық) жоғарылау Альфа 21164, және 43-биттік виртуалды және 34-биттік физикалық Альфа 21064 ).[2]

Өндіріс

Альфа 21264 құрамында 15,2 миллион транзистор болған. Логика шамамен алты миллион транзистордан тұрды, қалғаны кэштер мен филиалдардың тарих кестелерінде қамтылды. Матрица 16,7 мм-ден 18,8 мм-ге дейін (313,96 мм²) өлшенді.[3] Ол 0,35 мкм-де жасалды қосымша металл-оксид-жартылай өткізгіш (CMOS) процесс алты деңгейлі өзара байланысты.

Қаптама

Альфа 21264 587 істікшелі керамикалық интерстициалға оралған түйреуіш торының жиымы (IPGA).

Кейінірек Alpha Processor, Inc компаниясы Alpha 21264-ті B-кэш және кернеу реттегіштері бар баспа схемасына орнатылған микропроцессоры бар B ұяшығына сатты. Дизайн Intel және AMD ұяларына негізделген микропроцессорлардың жетістігін пайдалануға арналған. В слоты бастапқыда AMD-тің Athlon-да қолданылуы үшін әзірленді, сондықтан API нарыққа кеңірек үлес қосу үшін Альфа 21264 құнын төмендету үшін В слотына тауарларды тауар бағасымен ала алады. Бұл ешқашан іске асырылған жоқ, өйткені AMD ұяшық негізіндегі Athlons үшін А слотын пайдалануды таңдады.

Туынды

Альфа 21264A

The Альфа 21264A, кодпен аталды EV67 1999 жылдың соңында енгізілген Альфа-21264 шөгіндісі болды. Оның алты нұсқасы болды: 600, 667, 700, 733, 750, 833 МГц. EV67 - санау кеңейтімін (CIX) іске асырған алғашқы Альфа микропроцессоры, ол нұсқаулар жиынтығын орындау нұсқауларымен кеңейтті. халық саны. Оны Samsung Electronics компаниясы 0,25 мкм транзисторлары бар, бірақ 0,35 мкм металл қабаттары бар 0,25 мкм CMOS процесінде жасады. Өлімнің ауданы 210 мм² болатын. EV68 2,0 В қуат көзін пайдаланды. Ол 600 МГц-те максималды 73 Вт, 667 МГц-те 80 Вт, 700 МГц-те 85 Вт, 733 МГц-те 88 Вт және 750 МГц-те 90 Вт таратты.

Альфа 21264B

The Альфа 21264B - бұл жиілікті арттыру үшін одан әрі дамыту. Екі модель болды, біреуін IBM компаниясы ойлап тапты, кодпен аталды EV68C, және біреуі кодты Samsung-пен EV68A.

EV68A 0,18 мкм CMOS процесінде жасалған алюминий өзара байланысты. Оның өлшемі 125 мм², Альфа 21264A-дан үштен бірі кіші және 1,7 В қуат көзін пайдаланған. Ол 2001 жылы 750, 833, 875 және 940 МГц жиіліктерінде қол жетімді болды. EV68A 750 МГц-те максималды 60 Вт, 833 МГц-те 67 Вт, 875 МГц-де 70 Вт және 940 МГц-те 75 Вт қуатты таратады.[4]

EV68C 0,18 мкм CMOS процесінде мыс өзара байланысымен жасалған. Ол 2000 жылдың басында сыналды және максималды жиілік 1,25 ГГц-ге жетті.

1998 жылдың қыркүйегінде Samsung компаниясы Alpha 21264B нұсқасын 0,18 мкм-де толығымен таусылатындығын жариялады. оқшаулағыш кремний (SOI) процесі мыс өзара байланысы ол 1,5 ГГц тактілік жиілікке қол жеткізе алды. Бұл нұсқа ешқашан жүзеге аспады.

Альфа 21264С

The Альфа 21264С, кодпен аталды EV68CB Альфа 21264 туындысы болды. Ол 1,0, 1,25 және 1,33 ГГц жиіліктерінде қол жетімді болды. EV68CB құрамында 15,5 миллион транзистор бар және олардың өлшемі 120 мм². Оны IBM 0,18 мкм CMOS процесінде жеті деңгейлі мыс байланысы арқылы жасады төмен-К диэлектрик. Ол 675 жастықшаға салынған флип-чип керамикалық жер торының массиві (CLGA) өлшемі 49,53-тен 49,53 мм-ге дейін. EV68CB 1,7 В қуат көзін пайдаланды, 1,0 ГГц-те максималды 64 Вт, 1,25 ГГц-те 75 Вт және 1,33 ГГц-те 80 Вт таратады.[5]

Альфа 21264D

The Альфа 21264D, кодпен аталды EV68CD IBM жасаған тезірек туынды болып табылады.

Альфа 21264E

The Альфа 21264E, кодпен аталды EV68E, алғаш рет 2000 жылдың 10 қазанында 2001 жылдың ортасында енгізілуге ​​жоспарланған Микропроцессорлық Форумда 2000 жылы шығарылған Samsung компаниясы жасаған жойылған туынды болды. Жақсартулар 1,25 ГГц-тен жоғары жұмыс жиілігі және қайтадан 1,85 МБ қосымша кэш қосу болды. Оны 0,18 микрометрлік CMOS процесінде мыс байланыстары арқылы жасау керек еді.

Чипсет

Сандық және Жетілдірілген микро құрылғылар (AMD) екеуі де Alpha 21264 үшін чипсет әзірледі.

21272/21274

Сандық 21272, деп те аталады Цунами, және 21274, деп те аталады Тайфун, альфа-21264 үшін алғашқы чипсет болды. 21272 чипсетасы бір немесе екі жақты мультипроцессорды және 8 Гбайтқа дейінгі жадты, ал 21274 бір, екі, үш немесе төрт жақты мультипроцессорды, 64 ГБ дейін қолдайды жады және екеуі де бір немесе екі 64 биттік 33 МГц қолдайды PCI автобустар. Оларда 83-тен 512-биттік жад шинасы болды, олар 83 МГц жиілікте жұмыс істеді, және 5 312 МБ / с өткізу қабілеттілігі максималды болды. Чипсет 100 МГц тіркелген ECC SDRAM қолдайды.

Чипсет үш құрылғыдан тұрды, C-чип, D-чип және P-чип. Чипсетті құрайтын құрылғылардың саны әртүрлі болды, өйткені чипсет конфигурациясы бойынша анықталды. C-чип - бұл жад контроллері бар басқару чипі. Әр микропроцессор үшін бір С чип қажет болды.

P-чип - PCI контроллері, 33 МГц PCI шинасын іске асырады. 21272-де бір немесе екі P-чип болуы мүмкін.

D-чип - бұл процессорларға және одан P-чипке кіруді жүзеге асыратын DRAM контроллері. 21272 екі-төрт D чипті, ал 21274 екі, төрт немесе сегіз D чипті болуы мүмкін.

21272 және 21274 цифрларын Digital, Compaq және Hewlett Packard орта деңгейдегі AlphaServers-ке дейінгі деңгейлерінде және AlphaStation барлық модельдерінде кеңінен қолданды. Ол сондай-ақ Alpha Processor, Inc компаниясының (кейінірек API NetWorks деп аталатын) олардың UP2000 + аналық платасы сияқты үшінші тарап өнімдерінде қолданылған.

Иронгат

AMD екі Alpha 21264 үйлесімді чипсеталарын жасады, Иронгат, деп те аталады AMD-751және оның мұрагері, Иронгат-2, деп те аталады AMD-761. Бұл чипсеталар өздерінің Athlon микропроцессорларына арналған, бірақ AMD лицензиясына байланысты Альфада цифрдан алынған EV6 шинасын лицензиялауына байланысты Athlon және Alpha 21264 шиналар протоколы бойынша үйлесімді болды. Иронгатты Samsung компаниясы UP1000 және UP1100 аналық платаларында қолданған. Irongate-2 Samsung компаниясы UP1500 аналық платасында қолданылған.

Ескертулер

  1. ^ Альфа 21264 Микропроцессорлық сәулет, б. 5.
  2. ^ «Alpha 21264 микропроцессорлық мәліметтер парағы» (PDF). Compaq Computer Corporation. Алынған 2020-06-03.
  3. ^ Гроновский, «Жоғары өнімді микропроцессорлық дизайн», б. 676.
  4. ^ Compaq, «21264 / EV68A микропроцессорлық жабдыққа арналған анықтамалық нұсқаулық».
  5. ^ Compaq, «21264 / EV68CB және 21264 / EV68DC жабдыққа арналған анықтамалық нұсқаулық».

Пайдаланылған әдебиеттер

  • Compaq Computer Corporation (Шілде 1999). Alpha 21264 микропроцессорлық жабдыққа арналған анықтамалық нұсқаулық.
  • Compaq Computer Corporation (Маусым 2001). 21264 / EV68CB және 21264 / EV68DC аппараттық құралына арналған анықтамалық нұсқаулық.
  • Compaq Computer Corporation (Наурыз 2002). 21264 / EV67 Микропроцессорлық жабдыққа арналған анықтамалық нұсқаулық.
  • Compaq Computer Corporation (Наурыз 2002). 21264 / EV68A Микропроцессорлық жабдыққа арналған анықтамалық нұсқаулық.
  • Гроновский, Пол Э. және басқалар. (1998). «Жоғары өнімді микропроцессорлық дизайн». IEEE қатты күйдегі тізбектер журналы, 33 том, 5 нөмір, 676–686 бб.
  • Гвеннап, Линлей (28 қазан 1996). «Digital 21264 жаңа стандартты орнатады». Микропроцессорлық есеп, 10 том, 14 нөмір. MicroDesign Ресурстары.
  • Кесслер, Р.Е .; McLellan, E. J. and Webb, D. A. (1998) «Альфа 21264 микропроцессорлық сәулеті». Компьютер дизайны бойынша халықаралық конференция материалдары: VLSI in Computers and Processors. 90-95 бет.
  • Кеслер, Р.Э. (1999). «Альфа 21264 микропроцессоры». IEEE Micro, Наурыз-сәуір 1999. 24-36 бб.
  • Лейбхольц, Даниэль және Раздан, Рахул (1997). «Альфа 21264: 500 МГц-тен тыс жұмыс істейтін микропроцессор». Compcon '97 жинағы. 28-36 бет.
  • Matson, M. және басқалар. «600 МГц суперскалар RISC микропроцессорының схемасын енгізу». Компьютер дизайны бойынша халықаралық конференция материалдары: компьютерлер мен процессорлардағы VLSI. 104-110 бет.

Әрі қарай оқу

Сондай-ақ қараңыз