В P6 (686) реализованы возможности, которых не было в процессорах предыдущих поколений

Особенности архитектуры процессоров шестого поколения

Шина адреса

Такая архитектура, применяющая для обработки поступивших данных несколько конвейеров, называется суперскалярной и применяется сегодня во всех современных процессорах

Шина адреса представляет собой набор проводников, по которым передается адрес ячейки памяти, в которую или из которой пересылаются данные. По каждому проводнику передается один бит адреса, соответствующий одной цифре в адресе. Увеличение количества проводников (разрядов шины) используемых для формирования адреса, позволяет увеличить количество адресуемых ячеек. Разрядность шины адреса определяет максимальный объем памяти, адресуемой процессором.

Например: процессор 8086 имел адресную шину 20 бит. Тогда он мог адресовать {2 в степени 20=1048576} байт оперативной памяти, т.е. 1 Мбайт.

Таким образом, максимальный объем оперативной памяти, поддерживаемой процессором 8086, составляет 1 Мбайт.

286-ой процессор имел адресную шину равную 24 битам, адресуя, таким образом, уже 16 Мбайт. Современные процессоры имеют адресную шину равной 36 бит, что соответствует поддерживаемой оперативной памяти объемом 64 Гбайт!

Процессор Pentium 4 имеет разрядность 64/32, и его адресное пространство составляет 64 Гб.

Шины данных и адреса независимы, и разработчики микросхем выбирают их разрядность по своему усмотрению. Разрядность этих шин является показателем возможностей процессора: разрядность шины данных определяет возможности процессора быстро обмениваться информацией, разрядность адресной шины определяет объем поддерживаемой процессором памяти.

Основных процессоров класса P6 два: Pentium Pro и Pentium II.

Основные особенностями процессоров шестого поколения:

- динамическое выполнение,

- улучшенное суперскалярное исполнение,

- архитектура двойной независимой шины (DIB, Dual Independent Bus).

Благодаря динамическому выполнению процессор может параллельно обрабатывать большое количество команд.

Основные особенности динамического выполнения следующие:

* множественное предсказание ветвлений; это средство предназначено для прогнозирования значения счетчика команд при выполнении команд ветвления;

* анализ потока данных, благодаря которому можно получить информацию, необходимую для планирования выполнения команд, независимо от их первоначального порядка в программе;

* упреждающее выполнение, которое "предугадывает" изменения счетчика команд и выполняет команды, результаты которых, вероятно, вскоре понадобятся.

Предсказание ветвления ранее использовалось только в высокопроизводительных универсальных процессорах. Это средство позволяет полностью задействовать возможности конвейера команд процессора, что способствует повышению быстродействия.

В специальном устройстве выборки и дешифрации команд используется высокооптимизированный алгоритм предсказания ветвления, благодаря которому удается с большой точностью прогнозировать поток и результаты команд, которые будут выполнены после нескольких команд ветвления, вызовов процедур и возвратов. Работа этого алгоритма подобна выработке множественных стратегий шахматистом, который в процессе игры, предсказывая стратегию противника, как бы перемещается в будущее. Прогнозируя результаты команд заранее, можно избежать задержек при выполнении других команд.

Средство анализа потока данных исследует этот поток через процессор, чтобы предотвратить неправильный порядок выполнения команд. Специальный модуль диспетчеризации и выполнения команд в процессоре контролирует многие команды и может обрабатывать их в таком порядке, при котором множественные суперскалярные модули выполнения команд используются оптимально. Выполнение команд в неподходящем порядке может привести к тому, что модули выполнения команд будут заняты даже в том случае, если из-за промахов кэша и зависимости команды от результатов других команд они были приостановлены.

Упреждающее выполнение - возможность процессоров выполнять команды с опережением фактического значения счетчика команд.

Устройство диспетчеризации и выполнения команд процессора использует результаты анализа потока данных для выполнения всех доступных команд из пула команд и сохраняет результаты во временных регистрах. Затем специальный модуль (модуль вытеснения результатов) отыскивает в списке команд завершенные команды, которые больше не зависят от данных, вычисляемых в других командах, или от других команд ветвления. Когда такие завершенные команды найдены, модуль вытеснения или соответствующие средства, предусмотренные в стандартной архитектуре Intel, запоминают их результаты таким образом, как в случае выполнения этих команд в порядке их первоначального расположения. После этого список команд от них освобождается.

Динамическое выполнение, по существу, ликвидирует недостатки и зависимость от линейного (последовательного) выполнения команд.

Поддерживая независимое от линейного расположения выполнение команд, это средство может предотвратить задержки в модулях обработки команд, возникающие вследствие ожидания данных из памяти. Несмотря на то, что устройство предсказания порядка команд помогает изменить порядок выполнения, результаты записываются так, как если бы команды выполнялись в первоначальном порядке. Поэтому процессор Р6 точно так же, как процессоры Р5 (Pentium) и более ранние, может выполнять имеющееся программное обеспечение, но только значительно быстрее!