1.2: Microarquitecturas - Logros Conexiones por Cables y Microprogramadas

Introducción

Esta sección introduce a los alumnos a la microarquitectura de la computadora. Esos son los recursos y métodos utilizados para lograr especificaciones.

Detalles de la actividad

Microarquitectura es el término utilizado para describir los recursos y métodos utilizados para lograr la especificación de la arquitectura. El término normalmente incluye la forma en que se organizan estos recursos así como las técnicas de diseño utilizadas en el procesador para alcanzar los objetivos de costo y rendimiento objetivo. La microarquitectura forma esencialmente una especificación para la implementación lógica.

También se llama organización informática y a veces abreviada como μarch o uarch, es la forma en que se implementa una arquitectura de conjunto de instrucciones (ISA) dada en un procesador particular. Un ISA dado puede implementarse con diferentes microarquitecturas; las implementaciones pueden variar debido a diferentes objetivos de un diseño dado o debido a cambios en la tecnología.

La microarquitectura está relacionada con, pero no lo mismo que, la arquitectura del conjunto de instrucciones. Los elementos microarquitectónicos pueden ser de todo, desde puertas lógicas únicas, hasta registros, tablas de búsqueda, multiplexores, contadores, etc., hasta ALU completas, unidades de punto flotante (FPU) e incluso elementos más grandes.

Algunos puntos importantes:

• Se puede utilizar una sola microarquitectura para implementar muchos conjuntos de instrucciones diferentes, mediante el cambio del almacén de control.
• Dos máquinas pueden tener la misma microarquitectura, y así el mismo diagrama de bloques, pero implementaciones de hardware completamente diferentes. Esto gestiona tanto el nivel de los circuitos electrónicos como aún más el nivel físico de fabricación (tanto de CI como de componentes discretos).
• Las máquinas con diferentes microarquitecturas pueden tener la misma arquitectura de conjunto de instrucciones, por lo que ambas son capaces de ejecutar los mismos programas. Las nuevas microarquitecturas y/o soluciones de circuitos, junto con los avances en la fabricación de semiconductores, son las que permiten a las nuevas generaciones de procesadores lograr un mayor rendimiento.

La ruta de datos en canalización es el diseño de ruta de datos más utilizado en la microarquitectura hoy en día. Esta técnica se utiliza en la mayoría de los microprocesadores, microcontroladores y DSP modernos. La arquitectura canalizada permite que múltiples instrucciones se superpongan en la ejecución, al igual que una línea de montaje.

La tubería incluye varias etapas diferentes que son fundamentales en los diseños de microarquitectura. Algunas de estas etapas incluyen la búsqueda de instrucciones, la decodificación de instrucciones, la ejecución y la escritura de nuevo. Algunas arquitecturas incluyen otras etapas como el acceso a la memoria. El diseño de tuberías es una de las tareas centrales de la microarquitectura.

Las unidades de ejecución también son esenciales para la microarquitectura. Las unidades de ejecución incluyen unidades lógicas aritméticas (ALU), unidades de punto flotante (FPU), unidades de carga/almacén, predicción de bifurcación y SIMD.

Estas unidades realizan las operaciones o cálculos del procesador. La elección del número de unidades de ejecución, su latencia y rendimiento es una tarea central de diseño microarquitectónico.

El tamaño, la latencia, el rendimiento y la conectividad de las memorias dentro del sistema también son decisiones microarquitectónicas.

Las decisiones de diseño a nivel de sistema, como incluir o no periféricos, como controladores de memoria, pueden considerarse parte del proceso de diseño microarquitectónico. Esto incluye decisiones sobre el nivel de rendimiento y la conectividad de estos periféricos.

A diferencia del diseño arquitectónico, donde lograr un nivel de rendimiento específico es el objetivo principal, el diseño microarquitectónico presta más atención a otras limitaciones. Dado que las decisiones de diseño de microarquitectura afectan directamente lo que entra en un sistema, se debe prestar atención a temas como:

• Área de viruta/costo.
• Consumo de energía.
• Complejidad lógica.
• Facilidad de conectividad.
• Fabricabilidad.
• Facilidad de depuración.
• Probabilidad.

Conclusión

En esta sección se ha destacado la microarquitectura. Se discutieron los recursos y métodos utilizados para lograr la arquitectura.

Evaluación

1. Esbozar con una explicación la microarquitectura

Se utiliza la microarquitectura para describir las unidades que fueron controladas por las palabras del microprograma. La microarquitectura está relacionada con, pero no lo mismo que, la arquitectura del conjunto de instrucciones.

La arquitectura del conjunto de instrucciones está cerca del modelo de programación de un procesador como lo ve un programador de lenguaje ensamblador o escritor de compilador, que incluye el modelo de ejecución, registros del procesador, formatos de dirección y datos, etc. La microarquitectura (u organización informática) es principalmente una estructura de nivel inferior y por lo tanto gestionar una gran cantidad de detalles que se esconden en el modelo de programación. Describe las partes internas del procesador y cómo funcionan juntas para implementar la especificación arquitectónica.

Los elementos microarquitectónicos pueden ser de todo, desde puertas lógicas únicas, hasta registros, tablas de búsqueda, multiplexores, contadores, etc., hasta ALU completos, FPU e incluso elementos más grandes. El nivel de circuitos electrónicos puede, a su vez, subdividirse en detalles a nivel de transistor, como qué estructuras básicas de construcción de puertas se utilizan y qué tipos de implementación lógica (estática/dinámica, número de fases, etc.) se eligen, además del diseño lógico real utilizado los construyó.