БИС и СБИС для построения процессоров и памяти. Часть 4.

Перспективные разработки ИС на базе GaAs ведутся в направлении создания специальных микропроцессоров с высоким быстродействием. В качестве вариантов рассматриваются проекты создания 32-разрядных МП с быстродействием 25—200 млн. команд. При этом определяется минимальный набор команд, причем исключаются отдельные команды или некоторые из них заменяются более простыми. Например, вычитание выполняется путем представления второго операнда в дополнительном коде и реализуется операнд сложения. Целесообразно некоторые стандартные подпрограммы реализовать в микропрограммном исполнении.

Рост набора системы команд ЭВМ — не единственный путь совершенствования фон-неймановской архитектуры процессоров. Упрощение набора команд позволяет отказываться от микропрограммного принципа управления процессором, вследствие чего скорость выполнения команд достигает предела, определяемого технологией микросхем.

В МП обеспечивается высокая тактовая частота в несколько сот мегагерц, что позволяет производить выборку команд за несколько наносекунд. На кристалле выполняются заказные и стандартные блоки ячеек. Используется довольно широко реализация программных функций аппаратным способом, что способствует повышению производительности спецпроцессора при решении определенного класса задач, а также применение в структуре МП специализированного программного компилятора.

Быстродействие МП во многом определяется временем обращения к внешней памяти. Арсенид-галлиевые микросхемы обладают высоким быстродействием и поэтому обращение к внешней памяти за пределы кристалла существенно ограничивает производительность МП. Преодолеть ограничение можно включением в архитектуру МП так называемой КЭШ-памяти, которая выполняется на кристалле и позволяет уменьшить время обращения. Резерв в уменьшении времени обращения имеется и в совмещении операций выборок команд и их исполнения.

В пределах кристалла КЭШ-память распределяется между командами и исходными данными. Программный компилятор выполняет функции устройства, определяющего наиболее вероятные варианты блоков данных, потребующихся в процессе обработки информации в ближайшее время и в соответствии с этим перемещает их в КЭШ-память. Такая «предварительная выборка» позволяет экономить время обращения. На кристалле МП может быть реализовано несколько тысяч активных элементов (от 4 до 10 тыс.).