Η κατανόηση του σχεδιασμού μικροαρχιτεκτονικής της ΚΜΕ περιλαμβάνει ανάλυση διαφόρων υπολογισμών και διασφάλιση της συμμόρφωσης με τα πρότυπα της βιομηχανίας.

Βασικές έννοιες σε μικροαρχιτεκτονική CPU

Η μικροαρχιτεκτονική της ΚΜΕ αναφέρεται στην οργάνωση των συστατικών ενός επεξεργαστή και στον τρόπο αλληλεπίδρασης για την εκτέλεση των οδηγιών.

Υπολογισμός στο σχεδιασμό μικροαρχιτεκτονικής

Για παράδειγμα, για να καθοριστεί ο χρόνος του κύκλου του ⁇ ολογιού, εξετάστε τη μεγαλύτερη καθυστέρηση μεταξύ των σταδίων του αγωγού.

Ας υποθέσουμε ότι οι καθυστερήσεις του σταδίου είναι οι εξής: ανάκτηση (2 ns), αποκωδικοποίηση (1,5 ns), εκτέλεση (3 ns), πρόσβαση μνήμης (2,5 ns), και εγγραφή-back (1 ns). Ο χρόνος κύκλου πρέπει να είναι τουλάχιστον 3 ns για να φιλοξενήσει το πιο αργό στάδιο.

Τυπική Συμμόρφωση στο Σχέδιο

Οι επεξεργαστές πρέπει να τηρούν πρότυπα όπως το IEEE 754 για την αριθμητική κινητής υποδιαστολής και τις αρχιτεκτονικές x86 ή ARM για σύνολα οδηγιών.

Για παράδειγμα, κατά το σχεδιασμό μονάδας κινητής υποδιαστολής, επαληθεύεται ότι εφαρμόζει σωστά τις λειτουργίες IEEE 754, συμπεριλαμβανομένων των τρόπων στρογγυλοποίησης και του χειρισμού εξαιρέσεων.

Παράδειγμα: Υπολογισμός μεγέθους λανθάνουσας μνήμης

Ας υποθέσουμε ότι ένας επεξεργαστής έχει 4 επίπεδα cache με τα ακόλουθα μεγέθη: L1 (32 KB), L2 (256 KB), L3 (8 MB), και κύρια μνήμη (16 GB). Για τη βελτιστοποίηση της απόδοσης, τα μεγέθη cache πρέπει να ισορροπούνται με βάση την λανθάνουσα πρόσβαση και τους ρυθμούς επιτυχίας.

Ο υπολογισμός της συνολικής δυναμικότητας cache περιλαμβάνει το σμίξιμο των μεγεθών όλων των επιπέδων, το οποίο στην περίπτωση αυτή ανέρχεται σε 8.256 MB ιεραρχίας cache πριν από την κύρια πρόσβαση μνήμης.