CPU:n mikroarkkitehtuurin suunnittelun ymmärtäminen edellyttää erilaisten laskelmien analysointia ja teollisuusstandardien noudattamisen varmistamista. Tässä oppaassa annetaan esimerkkejä näiden käsitteiden selkeyttämisestä ja tehokkaiden jalostajien suunnittelusta.

Suoritinmikroarkkitehtuurin peruskäsitteet

Suoritin mikroarkkitehtuurilla tarkoitetaan prosessorin komponenttien organisointia ja sitä, miten ne toimivat vuorovaikutuksessa ohjeiden toteuttamiseksi. Keskeisiä tekijöitä ovat ohjeputki, välimuistihierarkia ja suoritusyksiköt.

Mikroarkkitehtuurin suunnittelun laskelmat

Suorittimen suunnittelu edellyttää laskelmia, jotka liittyvät kellonnopeuteen, opetusläpisyötteeseen ja virrankulutukseen. Esimerkiksi kellon syklin ajan määrittämiseksi on harkittava pisimpään viivettä putkistojen vaiheiden välillä.

Oletetaan vaiheviivästykset ovat seuraavat: noutaa (2 ns), decode (1.5 ns), suorittaa (3 ns), muistin käyttö (2.5 ns) ja kirjoittaa takaisin (1 ns).

Suunnittelun vaatimustenmukaisuus

Prosessorien on noudatettava standardeja kuten IEEE 754 liukulukua ja x86 tai ARM-arkkitehtuuria ohjesarjoihin. Vaatimustenmukaisuus takaa yhteensopivuuden ja luotettavuuden kaikissa järjestelmissä.

Esimerkiksi suunnitellessaan kelluva pisteyksikkö tarkistaa, että se toteuttaa oikein IEEE 754 -toimintoja, mukaan lukien pyöristystilat ja poikkeuskäsittely.

Esimerkki: Lasketaan välimuistin kokoa

Oletetaan, että prosessorissa on 4 tasoa välimuistia, joiden koot ovat seuraavat: L1 (32 KB), L2 (256 KB), L3 (8 MB) ja päämuisti (16 GB). Suorituksen optimoimiseksi välimuistin koon tulisi olla tasapainossa latenssin ja hittien määrän perusteella.

Kokonaisvälimuistikapasiteetin laskeminen edellyttää kaikkien tasojen koon summaamista, mikä tässä tapauksessa on yhteensä 8,256 MB välimuistihierarkiaa ennen päämuistin käyttöä.