Hvað er öraðgerð?

Tölvur eru forritaðar með forritunarmálum. Þessi tungumál eru almennt læsileg og gera forritaranum kleift að stilla hvað tölvan gerir. Þennan kóða þarf síðan að safna saman í tölvuleiðbeiningar. Nákvæmar upplýsingar um þetta eru mismunandi eftir því hvaða leiðbeiningasett arkitektúr eða ISA sem fyrirhuguð tölva notar. Þess vegna eru mismunandi niðurhalstenglar fyrir x86 örgjörva frá Intel og AMD, og ​​ARM örgjörva eins og þeir eru notaðir í nútíma Apple tækjum. ISA af x86 og ARM er öðruvísi; hugbúnaðinn verður að vera tekinn saman sérstaklega. Eins og Apple hefur sýnt fram á er hægt að byggja upp flott þýðingarlag; það er bara ekki algengt að gera það.

Þú gætir haldið að örgjörvinn sjái leiðbeiningarnar sem honum eru sýndar og framkvæmir þær síðan í röð. Það eru mörg brellur sem nútíma örgjörvar gera, þar á meðal út-af-pöntun, sem gerir örgjörvanum kleift að endurraða hlutum á flugi til að hámarka afköst. Hins vegar er snjall hluti sem er frekar vel falinn öraðgerðir.

Leiðsla til öraðgerða

Einstakar leiðbeiningar í vélkóða má kalla leiðbeiningar eða aðgerðir; skilmálarnir eru skiptanlegir. Einn af erfiðleikunum við Complex Instruction Set Computing eða CISC arkitektúr eins og x86 er að leiðbeiningar geta verið mismunandi hversu langar þær eru. Þetta vísar sérstaklega til þess hversu mikið af gögnum þeir taka til að tákna. Í x86 getur leiðbeining verið eins stutt og eitt bæti eða allt að 15. Berðu þetta saman við venjulegan RISC-V arkitektúr sem notaður er af nútíma ARM örgjörvum með fastri lengd 4-bæta leiðbeiningum.

Ábending: RISC stendur fyrir Reduced Instruction Set Computing.

Ein af afleiðingum þessa munar á uppbyggingu er að RISC arkitektúr hefur tilhneigingu til að vera miklu auðveldara að leiðsla á skilvirkan hátt. Hver kennsla hefur mörg stig í rekstri sínum sem nýta mismunandi vélbúnað. Pipelining keyrir margar leiðbeiningar í gegnum þessi stig samtímis, með nákvæmlega einni kennslu á hverju stigi. Pípulagnir bjóða upp á töluverða frammistöðuaukningu þegar þau eru notuð á skilvirkan hátt. Einn lykilþáttur í skilvirkri nýtingu leiðslu er að tryggja að hvert stig sé notað samtímis. Þetta heldur öllu vel í gegnum leiðsluna.

Þar sem allar leiðbeiningar eru jafnlangar hafa RISC leiðbeiningar tilhneigingu til að krefjast sama vinnslutíma og hver önnur. Í CISC, eins og x86, geta sumar leiðbeiningar tekið mun lengri tíma að klára en aðrar. Þetta skapar stórt skilvirknivandamál þegar örgjörva er lagður. Í hvert sinn sem lengri fyrirmæli koma, festist hún lengur í leiðslunni. Þetta veldur kúlu og heldur öllu á bak við hana. Öraðgerðir eru lausnin á þessu.

Skilvirkar öraðgerðir

Í stað þess að líta á hverja kennslu sem eina aðgerðastigið sem hægt er að framkvæma, koma öraðgerðir á nýtt lægra lag. Hverri aðgerð er hægt að skipta í margar öraðgerðir. Með því að hanna öraðgerðirnar vandlega geturðu fínstillt leiðsluna.

Athyglisvert er að þetta býður upp á nýjan kost. Þó að heildar ISA, segjum x86, sé sú sama á milli margra mismunandi CPU kynslóða, þá er hægt að sérhanna öraðgerðirnar fyrir hverja kynslóð vélbúnaðar. Þetta er hægt að gera með djúpum skilningi á því hversu mikilli frammistöðu er hægt að kreista út úr hverju leiðslustigi fyrir hverja öraðgerð.

Í árdaga öraðgerða voru þær harðsnúnar tengingar sem virkjaðu eða slökktu á tiltekinni virkni eftir öraðgerðinni. Í nútíma CPU hönnun er öraðgerð bætt við endurpöntunarbuffi. Það er þessi biðminni sem örgjörvinn getur framkvæmt skilvirknimiðaða endurröðun sína. Það eru öraðgerðir, ekki raunverulegar leiðbeiningar, sem eru endurraðaðar.

Í sumum tilfellum, sérstaklega með fullkomnari örgjörva, er jafnvel hægt að gera meira. Micro-op fusion er þar sem margar öraðgerðir eru sameinaðar í eina. Til dæmis getur röð einfaldra öraðgerða framkvæmt aðgerð sem hægt er að framkvæma með einni, flóknari leiðbeiningum. Með því að fækka öraðgerðum sem gerðar eru getur ferlið klárast hraðar. Þetta dregur einnig úr fjölda ástandsbreytinga sem draga úr orkunotkun. Jafnvel er hægt að greina allar leiðbeiningar og sameina í skilvirkari smárekstrarmannvirki.

Sumir örgjörvar nota örnota skyndiminni. Þetta geymir fullkomlega afkóðaðar öraðgerðarraðir sem hægt er að endurnýta ef hringt er aftur. Venjulega er vísað til stærðar slíks skyndiminni með fjölda öraðgerða sem það getur geymt frekar en með bætagetu.

Niðurstaða

Öraðgerð er örgjörva-sértæk útfærsla á leiðbeiningasetti. Leiðbeiningar eru afkóðar í röð öraðgerða. Þessar öraðgerðir eru verulega auðveldari í leiðslum á skilvirkari hátt og nýta þannig örgjörvaauðlindir betur. Þar sem öraðgerðir eru ekki harðkóðar í leiðbeiningasettinu er hægt að aðlaga þær að sérstökum vélbúnaði hverrar kynslóðar örgjörva. Ör-aðgerðir eru oft styttar í ör-ops eða jafnvel μops. Það notar gríska bókstafinn μ ( borið fram Mu ), SI táknið fyrir örforskeytið.