Förstå CPU mikroarkitektur design innebär att analysera olika beräkningar och säkerställa efterlevnad av branschstandarder. Denna guide ger exempel för att klargöra dessa begrepp och hjälpa till att utforma effektiva processorer.
Grundläggande begrepp i CPU Microarchitecture
CPU mikroarkitektur hänvisar till organisationen av en processor komponenter och hur de interagerar för att utföra instruktioner. Viktiga element inkluderar instruktionsledningen, cache hierarkin och utförande enheter.
Beräkningar i mikroarkitekturdesign
Att utforma en CPU kräver beräkningar relaterade till klockhastighet, instruktionsgenomströmning och strömförbrukning. Till exempel för att bestämma klockcykeltiden, överväga den längsta fördröjningen bland pipelinestegen.
Anta att stegförseningarna är följande: fetch (2 ns), avkod (1,5 ns), kör (3 ns), minnesåtkomst (2.5 ns), och nedskrivning (1 ns). Cykeltiden måste vara minst 3 ns för att rymma den långsammaste scenen.
Standard överensstämmelse i design
Processorer måste följa standarder som IEEE 754 för flytande punkt aritmetik och x86 eller ARM-arkitekturer för instruktionsuppsättningar. Compliance garanterar kompatibilitet och tillförlitlighet över systemen.
När du till exempel designar en flytande punkt enhet, kontrollerar du att den korrekt genomför IEEE 754-verksamhet, inklusive rundningslägen och undantagshantering.
Exempel: Beräkning av Cache Size
Anta att en processor har 4 nivåer av cache med följande storlekar: L1 (32 KB), L2 (256 KB), L3 (8 MB) och huvudminne (16 GB). För att optimera prestanda bör cachestorlekarna balanseras baserat på åtkomst latens och träffhastigheter.
Beräkning av den totala cachekapaciteten innebär att man summer storleken på alla nivåer, vilket i detta fall uppgår till 8,256 MB cache hierarki före huvudminne åtkomst.