Korszerű számítógép-architektúrák

Tartalom

I. rész Elméleti alapok 1
1. Számítási modellek 3
1. 1. A számítási modell fogalma 4
1.1.1. Bevezetés 4
1. 1. 2. A számítási modell fogalmának értelmezése 6
1. 1. 3. Az alapfogalmak kapcsolata 11
1. 2. Az alapvető számítási modellek 14
1. 3. A Neumann-féle számítási modell 15
1.3. 1. A modell leírása 15
1. 3. 2. A Neumann-modell fő jellemzői 22
1. 3. 3. A Neumann-féle számítási modellnek megfelelő nyelvek és géposztályok 24
1. 3. 4. A Neumann-féle számítási modell kiterjesztése 25
1. 4. A számítási modellekhez kapcsolódó kulcsfogalmak 25
1.4. 1. Szemcsézettség 25
1.4.2. Típusosság 27
1. 5. A számítási modellek versenye 28
2. A számítógép- architektúra fogalma 31
2. 1. A számítógép-architektúra fogalmának fejlődése 32
2. 1. 1. A fogalom kialakulása 32
2. 1. 2. Az architektúra fogalmának értelmezése könyvünkben 32
2. 2. A számítógép-architektúra értelmezése különböző absztrakciós szinteken 37
2.2. 1. A rendszerszintű konkrét architektúra 37
2. 2. 2. A processzorszintű absztrakt architektúra 38
2. 2. 3. Processzorszintű konkrét architektúra (mikroarchitektúra) 39
2. 2. 4. A mikrogépszintű absztrakt és konkrét architektúra 40
2. 2. 5. A tárgyalt értelmezési lehetőségek összefoglalása 41
2. 3. A számítógép architektúra mint többszintű, hierarchikus leírási rendszer 41
2. 4. Az értelmezés kiterjesztése 43
2. 4. 1. Az architektúra fogalmának értelmezése az operációs rendszerek szintjén 43
2. 4. 2. Számítógép-architektúrák és digitális rendszerek hierarchikus leírásának
integrálása 44
2. 5. A számítógép-architektúrák leírása 45
2. 5. 1. Alternatív leírási lehetőségek áttekintése 45
2. 5. 2. Az általános célú architektúraleíró nyelvek áttekintése 46
2. 5. 3. A tervezési tér és tervezési fákkal való ábrázolása 48
3. Bevezetés a párhuzamos feldolgozásba 59
3. 1. Alapfogalmak 61
3. 1. 1. A program fogalma 61
3. 1. 2. A folyamat fogalma 61
3. 1. 3. A szál fogalma 66
3. 1.4. Folyamatok és szálak a program nyelvekben 67
3. 1. 5. A konkurens és párhuzamos végrehajtás fogalma 69
3. 1.6. Konkurens és párhuzamos programozási nyelvek 71
3. 2. A párhuzamosság típusai és szintjei 72
3.2. 1. A rendelkezésre álló és a hasznosított párhuzamosság 72
3. 2. 2. A rendelkezésre álló párhuzamosság fajtái 72
3. 2. 3. A rendelkezésre álló funkcionális párhuzamosság szintjei 73
3. 2. 4. A funkcionális párhuzamosság hasznosítása 74
3. 2. 5. Konkurens végrehajtási modellek 75
3. 2. 6. Az adatpárhuzamosság hasznosítása 76
3. 3. A párhuzamos architektúrák osztályozása 77
3.3. 1. Flynn osztályozása 77
3. 3. 2. A párhuzamos architektúrák ajánlott osztályozása 77
3. 4. Alapvető párhuzamosítási technikák 79
3. 4. 1. Futószalag-technika 79
3. 4. 2. Többszörözés 80
3. 5. A nyelvek és a párhuzamos architektúrák kapcsolatai 81
Irodalomjegyzék és ajánlott művek az I. részhez 87
II. rész Utasításszintű párhuzamos processzorok
4. Bevezetés az ILP- processzorokba 97
4. 1. Az ILP-processzorok kialakulása és áttekintése 98
4. 2. Az utasítások közötti függőségek 104
4. 2. 1. Adatfűggőségek 104
4. 2. 2. Vezérlésfüggőségek 1 j j
4. 2. 3. Erőforrás-függőségek 1
4. 3. Utasításütemezés 116
4. 4. A soros konzisztencia fenntartása 120
4. 5. Az ILP-feldolgozás gyorsítási lehetőségei 121
5. Futószalag- processzorok 127
5. 1. Alapelvek 129
5. 1. 1. A futószalag-technika alapjai 129
5. 1. 2. A futószalag általános felépítése 132
5. 1.3. Teljesítménymutatók 136
5. 1.4. Futószalagok alkalmazásai 141
5. 2. A futószalag tervezési tere 142
5.2. 1. Áttekintés 142
5. 2. 2. Futószalagok kialakítása 142
5. 2. 3. A függőségek kezelési módja 148
5. 3. A futószalagelvű utasításfeldolgozás áttekintése 149
5.3. 1. A tervezési tér áttekintése 149
5. 3. 2. A futószalagelvű utasításfeldolgozás specifikációja 149
5. 3. 3. A soros konzisztencia megőrzési módja 156
5. 3. 4. A futószalagelvű utasításfeldolgozás megvalósítása 157
5. 3. 5. Esettanulmányok 159
5. 4. Egyes utasítástípusok feldolgozása 162
5.4. 1. Fixpontos utasítások futószalagelvű végrehajtásának alapvető megvalósítási
lehetőségei 162
5. 4. 2. Lebegőpontos utasítások futószalagelvű végrehajtásának alapvető
megvalósítási lehetőségei 166
5. 4. 3. Behívó/tároló utasítások futószalagelvű végrehajtásának alapvető
megvalósítási lehetőségei 166
5. 5. Egyes utasítástípusok futószalagelvű feldolgozásának néhány részletkérdése 168
5. 5. 1. A fixpontos futószalagok felépítése 168
5. 5. 2. A behívási várakoztatás értéke 175
6. Hosszú utasításszavú architektúrák 183
6. 1. Alapelvek 184
6. 2. A tervezett és a forgalmazott VLI W-architektúrák 187
6. 3. Esettanulmány: a Trace 200 család 189
7. Szuperskalár processzorok 195
7. 1. Bevezetés 196
7. 1. 1. A szuperskalár processzorok megjelenése és elterjedése 196
7. 1. 2. A szuperskalár feldolgozás jellemző feladatai 200
7. 2. Párhuzamos dekódolás 202
7. 3. A szuperskalár utasításkibocsátás 205
7. 3. 1. A tervezési tér 205
7. 3. 2. Kibocsátási politikák 205
7. 3. 3. A leggyakrabban használt kibocsátási politikák 213
7. 3. 4. A kibocsátási ráta 219
7. 4. Az utasítások várakoztatása 220
7. 4. 1. A várakoztatás tervezési tere 222
7.4.2. A várakoztatás hatóköre 223
7.4. 3. A várakoztatópufferek megvalósítása 224
7. 4. 4. Operandusbehívási politikák 228
7. 4. 5. Az utasítások kiküldési módja 240
7. 4. 6. Példa a várakoztatásra 253
7. 5. A regiszterátnevezés 262
7. 5. 1. Az átnevezés folyamata 263
7. 5. 2. A tervezési tér 272
7. 5. 3. A regiszterátnevezés hatóköre 273
7. 5.4. Az átnevezőpufferek megvalósítási módja 274
7. 5. 5. Az átnevezési ráta 280
7. 5. 6. Az átnevezés további kérdései 281
7. 5. 7. A regiszterátnevezés leggyakrabban alkalmazott megvalósítási alternatívái 282
7. 5. 8. Részletes példa az átnevezésre 284
7. 6. Párhuzamos végrehajtás 291
7. 7. Az utasítás-végrehajtás soros konzisztenciájának megőrzése 292
7.7. 1. Soroskonzisztencia-modellek 292
7.7.2. Az adatbehívások és tárolások átrendezése 295
7. 7. 3. Az átrendező puffer (ROB) 298
7. 8. A kivételkezelés soros konzisztenciájának megőrzése 304
7. 9. A korszerű szuperskalár processzorok mikroarchitektúrájának megvalósítási
lehetőségei 305
7.10. Szuperskalár CISC-processzorok megvalósítása (szuperskalár) RISC-maggal 315
7.11. Esettanulmányok 318
7.11. 1. AzRIOOOO 318
7.11.2. A PowerPC 620 322
7.11.3. A PentiumPro 328
8. Vezérlésátadó utasítások feldolgozása 331
8. 1. Az elágazáskezelés alapfogalmai 332
8. 1. 1. Elágazástípusok 332
8. 1. 2. A műveletek eredményének vizsgálata az utasításszintű architektúrákban 334
8. 1.3. Elágazási statisztikák 338
8. 1. 4. Az elágazási probléma 340
8. 1.5. Az elágazásfeldolgozás hatékonysága 344
8. 2. Az elágazáskezelés alapvető eljárásai 347
8. 3. Késleltetett elágazás 350
8. 1. 1. A késleltetett elágazás alapeljárása 350
8. 3. 2. Az alapeljárás továbbfejlesztése 354
8. 3. 3. A késleltetett elágazás és a szuperskalár végrehajtás 358
8. 4. Szokásos elágazásfeldolgozás 359
8.4. 1. A tervezési tér 359
8. 4. 2. Elágazások észlelése 361
8. 4. 3. A függő feltételes elágazások feldolgozására szolgáló eljárások áttekintése 363
8. 4. 4. Elágazásbecslési módszerek 365
8. 4. 5. Az elágazási ág elérése 390
8. 4. 6. Elágazásbecslést alkalmazó processzorok elágazási ciklusvesztesége 401
8. 4. 7. Az elágazásfeldolgozás mikroarchitekturális megvalósítása 403
8. 5. Többszörös elágaztatás 404
8. 6. Feltételes utasítás-végrehajtás 405
9. ILP-processzorok utasításütemezése 413
9. 1. Bevezetés 414
9. 2. Alapblokk-ütemezés 418
9. 2. 1. Bevezetés 418
9. 2. 2. Az alapblokk-ütemezés megvalósítása listaütemezővel 419
9. 2. 3. Esettanulmány: A Power 1 (IBM RS/6000) PL. 8 és XL
fordítóprogram-családjának utasításütemezője 420
9. 3. Ciklusütemezés 425
9. 3. 1. Áttekintés 425
9. 3. 2. Cikluskifejtés 429
9. 3. 3. Szoftverfutószalag-technika 430
9. 4. Globális ütemezés 437
9.4. 1. Bevezetés 437
9. 4. 2. Alapelvek 438
9. 4. 3. Megvalósítás 441
Irodalomjegyzék és ajánlott művek a II. részhez 445

Témakörök