PowerPC 620 Mimarisi

1
PowerPC 620 Mimarisi

• 704061024
• Vijdan KIZILAY

2
Içerik

• Giris
• Ishatli Yapisi
• Yürütme Birimleri
• Bellek Hiyerarsisi
• Sonuç

3
Giris

• PowerPC 1991de Apple,IBM ve Motorola firmalari
  tarafindan meydana getirilmis bir RISC
  mikroislemcisidir.
• 4 farkli gerçeklestirimi vardir. Ilk olarak
  601,603 ve 604 mikroislemcileri gelistirilmistir.
• 64-bit PowerPC 620 ilk gerçeklemelerin
  4.südür.Uygulama sunucularinda ve teknik is
  istasyonlarinda kullanilmak amaçli
  gelistirilmistir.

4
Giris

• 620nin birincil tasarim amaci yüksek
  performanstir.
• Islemcinin performansini belirleyen 3 faktör
  vardir bunlar
• Bir görevdeki komut sayisi
• Islemcinin 1 sa çevriminde çalistirdigi ortalama
  komut sayisi
• Islemcinin frekansi
• Birinci faktör 620de sikistirilmis kod
  üretilerek karsilanmaktadir.
• 2. ve 3. faktörler IPC ve saat frekansinin
  çarpimi büyütülerek
• karsilanmaktadir.
• Yürütülen komut sonucunu hizlandirmak için
  dinamik dallanma öngörüleri,
• rezervasyon istasyonlari,yazmaç yeniden
  adlandirma ve tahmini yürütme gibi yöntemler
  kullanilmaktadir.

5
(No Transcript)
6
Ishatli Yapisi

• 620 mikroislemcisi 5 katli komut ishatlisini
  gerçeklemektedir.
• Bu 5 kat komut alma, dagitma,yürütme,tamamlama ve
  geri yazma katlaridir.
• Komutlar program sirasina göre yürütme
  birimlerine gönderilmekte,sirasiz yürütülürler ve
  sirayla tamamlanirlar.

7
Ishatli Yapisi

• Komut Alma Kati
• Komut önbellegine dallanma biriminden gelen
  adrese göre erisilir.
• Önbellekten 1 sa çevriminde 4 komut dönmektedir.
• Komutlar 8 girisli FIFO tampon bellege
  yüklenmektedir.
• Önbellekte herbir komutla iliskili 7 tane ön kod
  çözme biti bulunur.
• Bu bitler komut için gerekli islenenleri ve
  komutun hangi yürütme biriminde yürütülecegi gibi
  bilgileri saglar.
• Önkod çözme bitleri sayesinde ishatlida ayri bir
  kod çözme katina gerek duyulmaz.

8
Ishatli Yapisi

• Dagitma Kati
• 1 çevrimde 4 komutu çözer ve uygun yürütme
  birimlerindeki rezervasyon istasyonlarina
  gönderir.
• Her komut için komut bagimliliklari belirlenir ve
  kaynak islenenleri yazmaç dosyalarindan okumak
  için çalisma yapilir.
• Dagitma kati kisitlari
• 1) Komutlar program sirasina göre
  dagitilmak zorundadir.
• 2) Uygun tipteki yürütme biriminde
  dagitilan komutlari tutan rezervasyon
  istasyonlari erisilebilir olmalidir.
• 3) 2 genel amaçli yazmaç islenine
  ihtiyaci olan komutlar dagitma tamponunun sadece
  ilk 2 girisinden gönderilebilirler.

9
Ishatli Yapisi

• Yürütme Kati
• Bu katta herbir yürütme birimi rezervasyon
  istasyonlarinda en eski hazir komutlari
  yürütürler.Yürütme kati sonunda komut sonucu
  uygun addegistirme tampon yoluna sürülür.
• 620 nin en önemli özelliklerinden biri komutlari
  yorumlayarak yürütmesi Yorumlayarak
  yürütme,dallanmalari tahmin ederek ortaya çikan
  paralelligin kullanilmasi açisindan gerekli
• Önceden yorumlanarak yürütülen komutlarin
  sonuçlari addegistirme,yeniden siralama
  tamponlarinda tutulur.Ancak hata durumunda
  tamponlar temizlenebilir.

10
Ishatli Yapisi

• Tamamlama Kati
• Komutlarin sirasini tutmak için 16 girisli
  yeniden siralama tamponu
• Komut çalismasini bitirdigi zaman durumu atanmis
  oldugu tampon girisine kaydedilir.
• Tamamlama birimi komutlarin program sirasinda
  tamamlandigini garanti eder.
• Tamamlama birimi hata yakalandiginda veya yanlis
  dallanma tahmini oldugunda hatanin çiktigi
  noktaya kadar varolan komutlarin tamamlanmasina
  izin verir.
• Yanlis dallanma tahmini durumunda dagitma ve
  yürütme birimleri uygun komut dizisiyle
  dallanmadan önceki haline döner.

11
Ishatli Yapisi

• Geri Yazma Kati
• Bir komut tamamlandiktan sonraki saat
  çevriminde sonuçlar addegistirme tamponlarindan
  ilgili birimlere yazilir.
• 1 sa çevriminde 4 GPR, 2 FPR ve 4 CR yazma
  yapilabilir.

12
Yürütme Birimleri

• Dallanma Birimi
• 2 temel fonksiyonu vardir
• 1. Önceden dallanma tahmini yapar.
• 2. Önceki dallanmalarin dogru olup
  olmadigini anlamak için dallanma komutlarini
  çözer.
• Branch Target Address Cache Yapilan dallanmadan
  sonraki ishatti beklemelerini azaltmak için
  kullanilir.
• Dallanma birimi alinan komutun kodunu beklenen
  kaynak islenenlerden dolayi çözemezse dallanma
  tahmini BHT,Link Register Stack,Shadow Count
  Registerdaki bilgiye göre yapilir.

13
Yürütme Birimleri

• BTAC(Branch Target Adress Cache) Komut
  önbellegine paralel olarak erisilir. Eger komut
  adresi BTACta bulunursa alinan hedef adres bir
  sonraki sa çevriminde siradaki komutlari almak
  için kullanilir. Eger adres BTAC ta yoksa komut
  alma birimi programin normal sekilde aktigini
  varsayar.
• Branch History Table Durumu kosul
  yazmacindaki(CR) bite bagli olan dagitma
  tamponundaki dallanma komutlarinin tahminini
  yapmak için kullanilir.Bu mekanizma devredisi
  birakilirsa statik dallanma tahminleri
  kullanilir.
• Link Register StackFonksiyon çagrilarini
  hizlandirmak amaçli gerçeklenir.
• Link biti birlenmis dallanma komutlari
  fonksiyon çagrilari için kullanilir.Bu komutlar
  dönüs adresini Link yazmacina kaydederler.

14
Yürütme Birimleri

• Gölge sayi yazmaci(Shadow Count Register)
  Dagitma tamponundaki bir kosullu dallanma komutu
  için,dallanma tahminin sayi yazmacindaki degere
  göre yapilir.Eger tahmin o andaki önceden komut
  alma yönünden farkli ise önceden almanin yönü
  degistirilir.
• Dallanma ÇözmeBir çevrimde kosul kodu üretilmis
  olan en eski dallanma komutu çözülür.
• Kosul kodu dallanma tahmini ile uymazsa
  yanlis tahmin sinyali yollanir ve bir sonraki sa
  çevriminde dogru komutlarin alimi için komut
  alma adres hesaplamasi yapilir.

15
Yürütme Birimleri

• Tamsayi Yürütme Birimleri
• PowerPC 620 mikroislemcisinde 3 tane tamsayi
  yürütme birimi bulunmaktadir.
• Bu birimler 32 ve 64 bit tamsayi komutlarini
  gerçeklemektedir.
• Her birimde 2 tane sirasiz yayma rezervasyon
  istasyonu vardir.
• Rezervasyon istasyonlari komutlarin kaynak
  islenenleri hazir olmadan dagitma katindan
  dagitiminin yapilmasina izin verir.
• Komutun hazir olmayan islenenleri daha sonra
  olusturulduklari yürütme biriminden gerekli
  birime yönlendirilirler.

16
Yürütme Birimleri

• Yükleme ve Geri Yükleme (Load/Store) Birimi
• Load/Store birimi 3 tane sirasiz yayma
  rezervasyon istasyonu ve 2 katli bir ishatliya
  sahiptir.
• Ishatlinin birinci katinda bellek islenenlerinin
  etkin adresi hesaplanir.
• Veriyi cepte bulan bir load komutu için veri
  addegistirme tamponlarina veya yürütme
  birimlerine gönderilir.Iska durumunda erisilen
  adres load miss registera yazilir.
• Ilgili veri için yol istegi olusturulur.
• Basarili Store islemleri için herbir store
  FSQ(Finished Store Queue)ya eklenir.
• Store islemi bittikten sonra yazmaç
  dosyasindan alinan veri ile CSQya yazilir.
• Store iskasi olursa program sirasini
  bozmamak için CSQdaki bellege yazmalar
  bekletilir.

17
Yürütme Birimleri

• Kayan-noktali Yürütme Birimi
• Kayan-noktali yürütme birimi iki adet sirali
  yayma rezervasyon istasyonu tarafindan
  beslenmektedir.Rezervasyon istasyonlari her saat
  çevriminde komut dagitma biriminden bir komut
  almaktadir.Kayan-noktali komutlarin yürütülmesi
  bittikten sonra,sonuçlari 8 adet addegistirme
  tamponu yollarindan birine sürülür .
• 3 katli kayan-noktali yürütme birimi her 18 sa
  çevriminde bir bölme sonucu üretebilir.
• Herbir 22 sa çevriminde de bir karekök komutu
  yürütülebilir.

18
Bellek Hiyerarsisi

• Yüksek hizli süperskalar islemcilerin performansi
  için verimli bellek islemleri çok önemlidir.
• Bellek Yönetim Birimleri
• 2 seviyeli bellek yönetimi gerçeklenmektedir.
• 1. seviye bellek yönetim birimi komut ve veri
  aktarimlari için 64 girisli tam çagrisimsal etkin
  adresten fiziksel adrese çevirme tamponlarini
  kullanir.
• 2. seviye bellek yönetim birimi 20 girisli tam
  çagrisimsal bölüm dönüsüm tamponu ve 128 girisli
  2 yollu çagrisimsal kestirme dönüsüm tamponu
  içerir.
• Tampon belleklerin yönetimi ve bellekteki
  bölüm/sayfa tablolarindan tamponlarin yüklenmesi
  tamamen donanimsal olarak yapilir.

19
Bellek Hiyerarsisi

• L2 Önbellek Arabirimi
• 620de yonga üzeri bir L2 denetleyicisine
  sahiptir.
• Denetleyici ikincil cebe hizli erisim saglar.
• Denetleyici yol trafigini azaltir. Çünkü yol
  istegi sadece L2de iska oldugu zaman yapilir.
• L2 veri cebi arabirimi 128 bitliktir. 1 MBtan
  128 MBa kadar FSRAMleri destekler.
• L2 arabirimi yazilim tarafindan devredisi
  birakilabilir.

20
Bellek Hiyerarsisi

• Önbellekler
• PowerPC 620 mikroislemcisi ayri veri ve komut
  cebine sahip
• Cep kapasiteleri 32 KB, cep satirlari 64 bayttir.
• Cepler 8 yollu semi-associative dir.
• Geleneksel 8 yollu çagrisimsal cepte küme seçilir
  ve 8 giris okunur.
• Bu islem hiz ve güç tüketimine neden olur.
• 620 cepleri adres bitlerinden 52-57
  arasindakileri 64 camletten(content addressable
  memory) birini seçmek için kullanilir.
• Herbir camlet 8 cep girisi içerir.Geri kalan
  adres bitleri verinin camlette olup olmadigini
  bulmak için kullanilir.
• Bu mimari 8 yollu geleneksel çagrisimsal cep
  etkinligini saglarken, geleneksel dogrudan cep
  hiz ve güç avantajinida saglamaktadir.

21
Bellek Hiyerarsisi

• Veri cebi MESI protokolu altinda tutarli
  tutulmaktadir.
• Mesi protokolüne göre cepteki herbir satir M,E,S
  veya I olmak üzere 4 durumdan biri ile
  isaretlidir.
• M(Modified) Cep satirindaki verinin sadece o
  cepte oldugunu ve bellekteki degerinden farkli
  oldugunu gösterir.
• E(Exclusive) Cep satirindaki verinin
  sadece o cepte oldugunu ve bellekteki degeri ile
  ayni oldugunu göstermektedir.
• S(Shared) Cepteki verinin makinenin diger
  ceplerinde de olabilecegini gösterir.
• I(Invalid) Cepteki verinin geçersiz oldugunu
  gösterir.
• Komut cebi tutarliligi yazilimla saglanir.
  PowerPC mimarisi komut cebi tutarliligini
  yazilimla saglamak için bir dizi komut saglar.

22
Bellek Hiyerarsisi

• Sistem Yolu
• Sistem yolu adres ve veri yolu olmak üzere ikiye
  ayrilir.
• Bu organizasyon veri ve adres yolunun ayni yol
  oldugu sistemlere göre daha çok pin
  içersede,sadece adres yolu maksimum adres yolu
  bant genisligini sunmaktadir.
• Adresler 40 bitliktir.
• Veri yolu herbir yol çevriminde 16 baytlik veri
  döndürebilir.Veri yolu sahibi degistigi zaman yol
  çatismasini önlemek için bir ölü çevrime gerek
  duyulur.
• Herbir yol kendi kontrolüne ve eslik korunumuna
  sahiptir.

23
Sonuç

• PowerPC 620 RISC mikroislemcisi
• yüksek performansli mikromimarisi,
• entegre L2 cep denetçisiyle,
• yüksek bant genisligi ile uygulama sunuculari ve
  teknik is istasyonlari için ideal bir çözüm
  saglamaktadir.
• 620 mikroislemcisi performans güdümlü uygulamalar
  için tasarlanmistir.Dolayisiyla islemcinin
  performans ölçeklenirligi ve donanim
  konfigürasyonu multimedya sistemlerin tasariminda
  büyük esneklik saglamaktadir.

24
Referanslar

• David Levitan,Thomas Thomas,Paul Tu, The PowerPC
  620 Microprocessors
• Trung A. Diep, Christopher Nelson, John Paul
  Shen,Performance Evaluation of the PowerPC 620
  Microarchitecture
• John K. Yuan, Michael P. Taborn, David C.
  Lee,Albert Tsay, The PowerPC 620 Microprocessor
  in Distributed Computing
• A High Performance Bus and Cache Controller for
  PowerPc Multiprocessing Systems,Michael S.
  Allen,W. Kurt Lewchuk and John D. Coddington
• http//studies.ac.upc.edu/ETSETB/SEGPAR/microproce
  ssors/ppc62020(mpr).pdf
• http//www.byte.com/art/9411/sec8/art5.htm
• http//tr.wikipedia.org/wiki/PowerPC