Muhammad Al-Xorazmiy nomidagi Toshkent Axborot texnologiyalari universiteti Kompyuter arxitekturasi fanidan 3-amaliy ish Mavzu: vliw arxitekturasi Bajardi: Sotiboldiyev Bunyod Tekshirdi: Saydazimov Javlonbek Kirish

Muhammad Al-Xorazmiy nomidagi Toshkent Axborot texnologiyalari universiteti
Kompyuter arxitekturasi fanidan 3-amaliy ish

Mavzu: VLIW arxitekturasi


Bajardi: Sotiboldiyev Bunyod
Tekshirdi: Saydazimov Javlonbek


Kirish

Nazariy jihatdan, VLIW yondashuvi protsessorning mikroarxitekturasini sezilarli darajada soddalashtirishi, hisoblash qurilmalarini kompilyatorga tarqatish vazifasini o'zgartirishi kerak deb taxmin qilinadi. Katta va murakkab tugunlar mavjud emasligi sababli, bu mikroarxitekturaning murakkabligini kamaytirishi va energiya samaradorligini oshirishi kutilmoqda. Biroq, amalda bu har doim ham erishilmaydi. Uzoq ko'rsatmalarning natijasi ko'plab me'moriy registrlarga ega bo'lish zaruratidir. Hisob-kitoblarning ko'p sonli oraliq natijalarini saqlash talab etiladi va natijada yadrolar bundan uzoqlashishni xohlashlariga qaramay, murakkab bo'lib chiqadi. Shu bilan birga, VLIW uchun kod past zichlikka ega. Bo'sh turgan qurilmalar uchun bo'sh ko'rsatmalarning ko'pligi tufayli VLIW protsessorlari uchun dasturlar an'anaviy arxitekturalar uchun shunga o'xshash dasturlarga qaraganda ancha uzoqroq bo'lishi mumkin.

VLIW-protsessorlari (juda katta buyruqli so'z) deyarli Fon-Neymann kompyuteri qoidalariga muvofiq ishlaydi. Bitta farq, protsessorga har bir tsikldagi berilgan buyruqlar bir operatsiyani emas, balki bir vaqtning o'zida bir necha aniqlaydi. VLIW protsessori buyrug'i, ularning har biri o'z vazifalari uchun mas'ul bo'lgan, masalan, funktsional qurilmalarni faollashtirish, xotira bilan ishlaydigan, ro'yxatga olish operatsiyalari va boshqalarni o'z ichiga olgan bir qator maydonlardan iborat. Bu bosqichda protsessorning biron bir qismi mavjud bo'lsa gramm talab qilinmaydi, tegishli buyruqlar maydoni faollashtirilmaydi.

Shunga o'xshash me'morchiligi bo'lgan kompyuter misoli Floating Point Systems-dan olingan AP-120B kompyuteridir. Birinchi etkazib berish 1976 yilda boshlangan va 1980 yilga kelib butun dunyo bo'ylab 1600 dan ortiq nusxa o'rnatilgan. AP-120V kompyuter buyrug'i 64 bitdan iborat va mashinaning barcha qurilmalari ishlashini nazorat qiladi. Har bir tsikl (167 ta emas) bitta buyruq beriladi, bu soniyada 6 mln. Har bir jamoa bir vaqtning o'zida ko'plab operatsiyalarni nazorat qilganligi sababli, amalda ishlash yanada yuqori bo'lishi mumkin. AR-120B guruhining barcha 64 bitlari o'zlarining operatsion to'plamlari uchun oltita guruhga bo'linadi: 16 bitli ma'lumotlar va registrlar bo'yicha operatsiyalar, haqiqiy raqamlarni qo'shish, kirish / chiqish nazorati, o'tish buyruqlar, haqiqiy raqamlar va ishchi komandalarni ko'paytirish Asosiy xotira bilan.VLIW protsessor dasturi har doim parallelizm haqida aniq ma'lumotlarni o'z ichiga oladi. Bu yerda derleyici dasturda parallelizmni aniqlaydi va operatsiyalar bir-biridan mustaqil bo'lganda, qaysi funktsional qurilmalar ishlay olishi, qaysi operatorlar bo'lishi kerakligini qayd qiladi va hokazo. VLIW kompilyatori bunday dasturni to'liq tushunishga ega bo'ladi. Umuman aytganda, superscalar mashinalari uchunkompilyatorlardan foydalanish mumkin bo'lmagan maqsadli VLIW protsessori.Ikkala yondashuv ham o'z afzalliklari va kamchiliklariga ega va VLIW arxitekturasining soddaligi va cheklangan imkoniyatlarini supersqalar tizimlarining murakkabligi va dinamik qobiliyatlariga qarshi turish kerak emas. Kompilyatsiya vaqtida operatsiyalarni bajarish uchun reja tuzish, yuqori ral tizimlariga nisbatan yuqori darajadagi parallellashni ta'minlash uchun muhimdir. Derleme vaqtida, faqat dasturni bajarish vaqtida supersqalar me'morchiligiga xos bo'lgan dinamik mexanizmlar yordamida yechilishi mumkin bo'lgan noaniqlik mavjudligi aniq.

Elbrus 2000 va uning keyingi ishlanmalari MCST tomonidan ishlab chiqilgan VLIW arxitekturali rus mikroprotsessorlaridir.

PAC paketidagi Itanium 2 protsessori VLIW arxitekturasining vakillaridan biridir.

Bu protsessorning bitta buyrug'i parallel ravishda bajarilishi kerak bo'lgan bir nechta operatsiyalarni o'z ichiga olishi bilan ttavsiflanad. Aslida, bu «dasturchiga ko'rinadigan» mikrodastur boshqaruvi, agar mashina kodi uskunani to'g'ridan-to'g'ri boshqarish uchun mikrokod bo'lsa.
Umumiy ma'lumot
64-bitli protsessorlarning Itanium oilasi EPIC arxitekturasiga asoslangan. EPIC arxitekturasi dasturiy ta'minotni jiddiy optimallashtirishga imkon beradi, shu bilan birga apparat darajasida ILP dan foydalaniladi, buning natijasida butun tizimning samaradorligi sezilarli darajada oshadi. EPIC (Aniq Parallel Instruction Computing) yondashuvining o'zi ham RISC, ham VLIW protsessorlarining kuchli tomonlarini birlashtiradi. Yondashuvning asosiy afzalligi bir nechta bajaruvchi qurilmalarni imkon qadar tezroq yuklashdir. Itanium va Itanium 2 quvurlari diagrammasi quyida ko'rsatilgan.
Itanium protsessorlari oilasi Intel va HP tomonidan birgalikda ishlab chiqilgan. Shuni ta'kidlash kerakki, Itanium protsessorlari Intel x86 va HP PA-RISC protsessorlari bilan orqaga qarab mos keladi.
Itanium 2 protsessorlari 64-bitli ko'rsatmalarni to'g'ridan-to'g'ri apparatda ishlatadi, Itanium protsessorlarida bunday bo'lmagan.
Umuman olganda, Itanium 2 Itaniumga qaraganda ko'proq funktsional qurilmalarga ega:
1. Itanium 2-da jami 6 ta ALU mavjud, Itanium esa soatiga atigi 4 tadan foydalanishi mumkin.
2. Itanium 2 soatiga 2 ta butun son yuklash va saqlash imkonini beruvchi 4 ta xotira portiga ega, Itanium esa faqat 2 ta portga ega.
3.Itanium 2 har soatda bitta SIMD suzuvchi nuqtali buyruqni, Itanium esa ikkitasini bajarishi mumkin.
4.Muayyan sharoitlarda Itanium 2 ko'rsatmalarning bajarilishini asosiy bo'lmagan funktsional elementlarga yo'naltirishi mumkin.
5.Operatsiyalarni qayta ishlashda Itanium 2 takroriy operatsiyalarni hisobga oladi.
Bir soat siklida quvur liniyasiga 6 tagacha ko'rsatmalar berilishi mumkin, maksimal 32 bayt. Birinchi bosqichlarning orqasida 8 ta to'plamdan iborat ko'rsatmalar buferi mavjud bo'lib, u ham xotirani o'qishni o'tkazib yuborishni, ham birinchi navbatda filiallarni qayta ishlash natijasida yakuniy bosqichlarning ishlamay qolish vaqtini yumshatadi.
Itanium 2 oilaviy protsessorlari IA-32 arxitekturalari uchun kod bajarilishini ham qo'llab-quvvatlaydi. Qo'llab-quvvatlash Itanium-ga xos va IA-32-ga xos ilovalarni bir vaqtning o'zida bitta va ko'p protsessorli tizimlarda ishlatish qobiliyatini o'z ichiga oladi.
Yadrolarning tuzilishi bir xil va har bir yadro o'zining oxirgi darajadagi keshiga ega. Shunday qilib, Montecito'da 4 ta kontekst mavjud: ikkita yadro, har birida ikkitadan ko'proq, hipertreading tufayli.

Protsessor «Elbrus-4C»

Superskalar protsessorlarda ham bir nechta hisoblash modullari mavjud, ammo ular o'rtasida ishni taqsimlash vazifasi apparatda hal qilinadi. Bu protsessor dizaynini juda murakkablashtiradi va xatolar bilan to'la bo'lishi mumkin. VLIW protsessorlarida tarqatish muammosi kompilyatsiya vaqtida hal qilinadi va ko'rsatmalar qaysi hisoblash qurilmasi qaysi buyruqni bajarishi kerakligini aniq ko'rsatadi.
VLIWni RISC mafkurasining mantiqiy davomi deb hisoblash mumkin, uni bir nechta hisoblash modullari bilan arxitekturalarga kengaytiradi. Xuddi RISCda bo'lgani kabi, ko'rsatmalarda har bir protsessor moduli nima qilishi kerakligi aniq ko'rsatilgan. Shu sababli, ko'rsatma uzunligi 128 yoki hatto 256 bitgacha bo'lishi mumkin.
VLIW yondashuvi protsessorning mikroarxitekturasini sezilarli darajada soddalashtirishi, hisoblash qurilmalarini kompilyatorga tarqatish vazifasini o'zgartirishi kerak deb taxmin qilinadi. Katta va murakkab tugunlar mavjud emasligi sababli, bu mikroarxitekturaning murakkabligini kamaytirishi va energiya samaradorligini oshirishi kutilmoqda. Biroq, amalda bu har doim ham erishilmaydi. Uzoq ko'rsatmalarning natijasi ko'plab me'moriy registrlarga ega bo'lish zaruratidir. Hisob-kitoblarning ko'p sonli oraliq natijalarini saqlash talab etiladi va natijada yadrolar bundan uzoqlashishni xohlashlariga qaramay, murakkab bo'lib chiqadi. Shu bilan birga, VLIW uchun kod past zichlikka ega. Bo'sh turgan qurilmalar uchun bo'sh ko'rsatmalarning ko'pligi tufayli VLIW protsessorlari uchun dasturlar an'anaviy arxitekturalar uchun shunga o'xshash dasturlarga qaraganda ancha uzoqroq bo'lishi mumkin. VLIW arxitekturasi dasturchi uchun juda ekzotik va g'ayrioddiy ko'rinadi. Murakkab ichki kod bog'liqliklari tufayli VLIW arxitekturalari uchun mashina kodi darajasida qo'lda dasturlash juda qiyin. Siz kompilyatorni optimallashtirishga ishonishingiz kerak.
Birinchi VLIW protsessorlari 1980-yillarning oxirida Cydrome (1984-1988), MultiFlow (1984-1990), Culler tomonidan ishlab chiqilgan.
Sof shaklda VLIW arxitekturasida Philips'dan TriMedia protsessorlari va Texas Instruments'dan DSP C6000 oilasi mavjud. Transmeta Crusoe mikroprotsessorida x86 arxitekturasi bilan ikkilik moslik qatlami mavjud bo'lib, u ko'rsatmalarni protsessorning ichki formatiga (kodni o'zgartirish) jamlaydi. Crusoe yadrosi VLIW protsessoridir.Intel Itanium mikroprotsessorida VLIW varianti bo'lgan 64 bitli aniq parallellik EPIC ko'rsatmalar to'plami mavjud. Elbrus-3 multiprotsessorli kompyuter tizimi va Elbrus seriyali mikroprotsessorlari (Elbrus 2000, Elbrus S) VLIW protsessorlaridir. Nvidia ARMv8-A arxitekturasini Denver mikroarxitekturasi bilan o'z yadrosida amalga oshirdi. Dasturiy ta'minot ARM kodini ichki ko'rsatmalar to'plamiga qayta kompilyatsiya qilish uchun oddiy apparat ARM kod dekoderi va «Dynamic Code Optimization» texnologiyasi kombinatsiyasidan foydalanadi. Denver – keng VLIW ko'rsatma so'ziga ega va tartiblash qobiliyatiga ega bo'lmagan superskalar arxitektura. Tilera tomonidan ishlab chiqarilgan protsessorlar ham VLIW arxitekturasiga ega.VLIW GPU bozorida ham yaxshi qabul qilindi, chunki R600 dan Shimoliy orollargacha bo'lgan AMD/ATI Radeon video protsessorlari VLIW arxitekturasiga ega. Janubiy orollardan boshlab (2012 yil 1-chorak) AMD/ATI VLIW yondashuvidan uzoqlashdi.Qualcomm-ning telefon va planshet protsessorlari uchun mo'ljallangan hozirgi Qualcomm Snapdragon SoC'lari olti burchakli VLIW arxitekturasi (QDSP6) koprotsessorlarini o'z ichiga oladi. U audio va multimediyani qayta ishlash algoritmlarini, shuningdek, simsiz signallarni raqamli qayta ishlashning bir qismini ishga tushirishi mumkin. Har bir tsikl, 4 ta ko'rsatmalar to'plamini bajarish uchun ishga tushirish mumkin; apparatli multithreading qo'llab-quvvatlanadi (vaqtni multiplekslash, xususan, arxitekturaning ba'zi versiyalarida – revolver turi).
Hulosa.
Hulosam shundan iboratki, qisqa qilib aytganda VLIW arxitekturasi bo’yicha anchagina qiziqarli ma’lumotlarga ega bo’ldim.VLIW arxitekturasiga qanaqa protsessorlar kiradi va ular qayerlarda qaysi sohalarda afzalligidan habardor bo’ldim.