Шта је микро-операција?

Рачунари су програмирани програмским језицима. Ови језици су генерално читљиви и омогућавају програмеру да конфигурише шта ради рачунар. Овај код затим треба да се компајлира у компјутерска упутства. Тачни детаљи о томе варирају у зависности од архитектуре скупа инструкција или ИСА који рачунар користи. Због тога постоје различите везе за преузимање за к86 процесоре од Интел и АМД, и АРМ процесоре који се користе у модерним Аппле уређајима. ИСА за к86 и АРМ је другачији; софтвер се мора саставити посебно. Као што је Аппле показао, могуће је изградити фенси слој за превођење; једноставно није уобичајено да се то ради.

Можда мислите да ЦПУ види упутства која су му представљена, а затим их извршава по реду. Постоје многи трикови које модерни процесори раде, укључујући извршавање ван редоследа, омогућавајући ЦПУ-у да промени ред ствари у ходу како би оптимизовао перформансе. Међутим, паметан део који је прилично добро сакривен су микро операције.

Цевовод до микро-операције

Појединачна упутства у машинском коду могу се назвати инструкцијама или операцијама; термини су заменљиви. Једна од потешкоћа са Цомплек Сет Инструцтион Цомпутинг или ЦИСЦ архитектурама као што је к86 је то што инструкције могу да варирају у зависности од тога колико су дугачке. Ово се посебно односи на то колико података треба да представљају. У к86, инструкција може бити кратка од једног бајта или чак 15. Упоредите ово са стандардном РИСЦ-В архитектуром коју користе модерни АРМ ЦПУ са 4-бајтним инструкцијама фиксне дужине.

Савет: РИСЦ је скраћеница од Редуцед Сет Инструцтион Цомпутинг.

Једна од импликација ове разлике у структури је да се РИСЦ архитектуре много лакше ефикасно проводе. Свака инструкција има више фаза у свом раду које користе различит хардвер. Пипелининг покреће више инструкција кроз ове фазе истовремено, са тачно једном инструкцијом у свакој фази. Пипелининг нуди значајно повећање перформанси када се користи ефикасно. Један од кључних фактора у ефикасном коришћењу цевовода је обезбеђивање да се свака фаза користи истовремено. Ово омогућава да све несметано пролази кроз цевовод.

Пошто су све инструкције исте дужине, РИСЦ инструкције обично захтевају исто време обраде као једна другој. У ЦИСЦ-у, међутим, попут к86, неке инструкције могу потрајати много дуже да се заврше од других. Ово ствара велики проблем ефикасности приликом цевовода ЦПУ-а. Сваки пут када дође дужа инструкција, она се дуже заглави у цевоводу. Ово изазива мехур и задржава све иза себе. Микро-операције су решење за ово.

Ефикасне микро-операције

Уместо да сваку инструкцију третирају као једини ниво операције који се може извести, микрооперације уводе нови доњи слој. Свака операција се може поделити на много микро-операција. Пажљивим дизајнирањем микро-операција можете оптимизовати цевовод.

Занимљиво је да ово нуди нову предност. Док укупна ИСА, рецимо к86, остаје иста између многих генерација ЦПУ-а, микро-операције могу бити прилагођене за сваку генерацију хардвера. Ово се може урадити уз дубоко разумевање колико се перформанси може истиснути из сваке фазе цевовода за сваку микро-операцију.

У раним данима микро-операција, то су биле жичане везе које су активирале или онемогућавале одређену функционалност у зависности од микро-операције. У модерном ЦПУ дизајну, микро-операција је додата баферу за преуређивање. То је тај бафер у коме ЦПУ може да изврши своје преуређивање оријентисано на ефикасност. Микро-операције, а не стварне инструкције, се мењају.

У неким случајевима, посебно са напреднијим процесорима, може се учинити чак и више. Микро-оп фузија је где се више микро-операција комбинује у једну. На пример, низ једноставних микро-операција може извршити радњу која се може извести са једном, сложенијом инструкцијом. Смањењем броја изведених микро-операција, процес се може завршити брже. Ово такође смањује број промена стања смањујући потрошњу енергије. Потпуна упутства се чак могу анализирати и комбиновати у ефикасније микрооперативне структуре.

Неки ЦПУ-и користе кеш микро-операција. Ово чува потпуно декодиране секвенце микро операција које се могу поново користити ако се поново позову. Типично, величина так��е кеш меморије се односи на број микро-операција које може да ускладишти, а не на капацитет бајтова.

Закључак

Микро-операција је ЦПУ-специфична имплементација скупа инструкција. Инструкције се декодирају у низ микро-операција. Ове микро-операције је знатно лакше за ефикасније цевоводство и на тај начин боље искористити ЦПУ ресурсе. Пошто микро-операције нису тврдо кодиране у скупу инструкција, могу се прилагодити специфичном хардверу сваке генерације ЦПУ-а. Микро-операције се често скраћују на микро-операције или чак μопс. То користи грчко слово μ ( изговара се Му ), симбол СИ за микро префикс.