Uvod u organizaciju računara
IA-64 arhitektura
Student: Slobodan Prodanović IN448/14
Mentor: Prof dr Dušan Okanović
U Novom Sadu,
April 2015.
Slobodan Prodanović
IA-64 arhitektura
4
Istorija IA-64 arhitekture procesora
1989. godine u HP-u su predvideli da se trenutno zastupljena RISC (
Reduced Instruction Set
Computing
) arhitektura bliži svom krajnjem limitu procesiranja jedne instrukcije po ciklusu.
HP je tada počeo sa istraživanjem mogućeg razvoja nove arhitekture, kasnije nazvane EPIC
(
Explicit parallel instruction computing
) koje dozvoljava procesoru da izvršava više
instrukcija paralelno u pojedinačnom vremenskom ciklusu. Suština ove nove funkcije je da
„spaja“ više instrukcija u jednu dugačku VLIW(
Very Long Instruction Word
). U ovakvoj
arhitekturi kompajler je zadužen za određivanje koje se instrukcije mogu izvršiti istovremeno,
za razliku od prethodnih arhitektura, čime se mikroprocesor oslobađa ovog posla. Cilj
ovakvog pristupa je dvojak: dublja analiza koda u vreme rada kompajlera kako bi se
identifikovale eventualne dodatne mogućnosti za paralelno izvršavanje, i jednostavniji dizajn
procesora čime se omogućava redukcija potrošnje energije procesora.
Inženjeri u HP-u i Intelu su, tokom razvoja, očekivali da IA-64 dominira u budućim
serverima, radnim stanicama kao i u skupljim računarskim konfiguracijama. Nekoliko
grupacija je paralelno krenulo sa razvojem odgovarajućeg operativnog sistema za ovakvu
arhitektura procesora. Početkom 1997. godine postalo je jasno da će razvoj ove arhitekture
biti teži zadatak od očekivanog. Jedan od glavnih tehničkih problema je bio taj što je bio
potreban veoma veliki broj tranzistora unutar procesora kako bi se omogućilo funkcionisanje
smeštanje više instrukcija u „jednu veliku instrukcionu reč“. Bilo je takođe i nekoliko
organizacionih problema, naime, dva dela ovog zajedničkog tima su koristila različite
metodologije u radu i imali su nešto različite prioritete.
U junu 2001. konačni je izašao prvi procesor iz ove porodice, pod nazivom
Itanium.
Slobodan Prodanović
IA-64 arhitektura
5
Osnovni koncept rada IA-64
Osnovni koncepti na kojima IA-64 počiva jesu:
Instrukcijski paralelizam koji je eksplicitan u mašinskoj instrukciji za razliku od
pokretanja u vremenskom ciklusu procesora,
Dugačke ili veoma dugačke instrukcijske naredbe (reči),
Predskazivanje grananja,
Špekulativno učitavanje.
Intel i HP definišu ovu kombinaciju koncepata kao „eksplicitno paralelno instrukciono
računanje“ (
EPIC –
Explcitly Parallel Instruction Computing
). Intel i HP koriste termin EPIC
kao referencu za ovu tehnologiju, odnosno skup tehnika. IA-64 je zapravo instrukcioni set
arhitekture koji je namenjen za implementaciju koristeći EPIC tehnologiju. Prvi proizvod
kreiran pod ovoj tehnologijom je već spomenuti
Itanium
.
Ova nova arhitekturalna tehnologija predstavlja pravu malu revoluciju u odnosu na dotašanju
x86 instrukcionu arhitekturu, kojoj se polako, u trenutku početka razvoja EPIC-a, već video
vrhunac iskorišćenja njenih mogućnosti. Kada je započelo razvijanje porodice x86 procesora
krajem 1970ih, unutar procesorskog čipa se nalazilo na desetine hiljada tranzistora. Još jedna
od karakteristika tadašnjih x86 procesora je bila njihova skalarnost. Skalarnost se ogledala u
tome što je samo jedna instrukcija bila procesuirana, bez moduliranja. Kako je broj tranzistora
unutar procesora porastao sredinom 1980ih na broj od nekoliko stotina hiljada, Intel je
predstavio moduliranje instrukcija. Moduliranje je takav način procesiranja informacija u
kojem se instrukcije dele u manje module koji se operišu po takvom redosledu koji
omogućava kreiranje krajnjeg rezultata, odnosno, sledeći modul instrukcija može da počne
pre nego što se završi obrada predhodnog modula.
U međuvremenu, drugi proizvođači su se orjentisali na iskorišćenje povećanja broja
tranzistora tako što će povećati brzinu koristeći RISC pristup, koji omogućava efikasno
moduliranje. Sa Pentium serijom procesora, Inter je napravio svoj pokušaj iskorišćenja
tehnika superskalara, omogućavajući izvršavanje dve CISC instrukcije istovremeno.
Nakon nekoliko iteracija generacija procesora došlo se do desetina miliona tranzistora unutar
procesorskog čipa. Dizajneri procesora su pred sobom imali dva potencijalna rešenja za ove
nagomilane tranzistore unutar procesora, odnosno načine iskorišćenja njihovog potencijala.
