Интернет магазин китайских планшетных компьютеров



Компьютеры - MIPS (архитектура) - Семейство процессоров с архитектурой MIPS

24 февраля 2011


Оглавление:
1. MIPS (архитектура)
2. История
3. MIPS IV
4. Семейство процессоров с архитектурой MIPS
5. Формат инструкций MIPS I
6. Язык ассемблера MIPS
7. Использование регистра транслирования
8. Эмуляторы
9. Список процессоров на базе архитектуры MIPS по компаниям



Конвейер MIPS, проходящий пять стадий

Первым коммерческим микропроцессором с архитектурой MIPS был микропроцессор R2000, представленный в 1985 году. В нём были реализованы операции умножения и деления, которые выполнялись за несколько тактов. Устройство умножения и деления не было тесно интегрировано в ядро процессора, хотя и размещалось на том же кристалле; по этой причине система команд расширена инструкциями для загрузки результатов умножения и деления в регистры общего назначения, эти инструкции блокировали конвейер.

Микропроцессор R2000 мог быть загружен как в режиме big-endian, так и в режиме little-endian, содержал тридцать два 32-разрядных регистра общего назначения. Подобно процессорам AMD 29000 и Alpha микропроцессор R2000 не имел отдельного регистра флагов условий, так как разработчики посчитали его потенциальным «узким местом». Следует отметить, что счётчик команд непосредственно недоступен.

Микропроцессор R2000 поддерживал подключение до четырёх сопроцессоров, один из которых является встроенным и обеспечивает работу с исключениями, а также управление памятью. В случае необходимости в качестве ещё одного сопроцессора можно было подключить микросхему R2010, арифметический сопроцессор, который содержал тридцать два 32-разрядных регистра, которые можно было использовать как шестнадцать 64-разрядных регистров для работы с числами двойной точности. Следующим в семействе стал R3000, который появился в 1988 году. Он содержал кэш-память данных объёмом 64 КБ. Кроме того, R3000 обеспечивал когерентность кэш-памяти при работе в мультипроцессорных конфигурациях. Несмотря на то, что в поддержке мультипроцессорности R3000 имеется ряд недостатков, на базе R3000 было создано несколько работоспособных многопроцессорных систем. Как и для R2000, для R3000 был создан арифметический сопроцессор в виде отдельной СБИС: R3010. Микропроцессор R3000 стал первым коммерчески успешным процессором с архитектурой MIPS, было изготовлено более миллиона процессоров. Ускоренная версия R3000, работающая на тактовой частоте 40 МГц, названная R3000A, достигла производительности в 32 VUPs. Дальнейшее развитие R3000A, микропроцессор R3051, работающий на частоте 33,8688 МГц был использован в игровой приставке Sony PlayStation. Другие производители также представили процессоры, совместимые с R3000A: в Performance Semiconductor был разработан R3400, в то время как компания IDT создала R3500, оба упомянутых процессора имели в интегрированный математический сопроцессор R3010. Первой системой на кристалле, использующей процессор с архитектурой MIPS, стала разработка R3900 фирмы Toshiba; данная микросхема использовалась в портативном компьютере, работавшем под управлением Windows CE. Был разработан радиационно-устойчивый вариант R3000 с интегрированным R3010, предназначенный для применения в космических аппаратах, который получил название Mongoose-V.

Серия R4000, выпущенная в 1991 году, расширила процессоры MIPS до 64 битов. R4000 состоит из 1,3 млн транзисторов, имеет встроенный кэш данных и кэш инструкций. В этом процессоре внешняя тактовая частота 50 МГц удваивается, а внутренняя тактовая частота составляет 100 МГц. Процессор R4400 выполнен на основе R4000, состоит из 2,2 млн транзисторов, имеет встроенный кэш данных и кэш инструкций, а внутренняя тактовая частота составляет 150 МГц. Набор команд этих процессоров был расширен командами загрузки и записи 64-разрядных чисел с плавающей точкой, командами вычисления квадратного корня с одинарной и двойной точностью, командами условных прерываний, а также атомарными операциями, необходимыми для поддержки мультипроцессорных конфигураций. В процессорах R4000 и R4400 реализованы 64-битовые шины данных и 64-битовые регистры.


MIPS, теперь являющийся отделом SGI под названием MTI, разработал недорогие процессоры R4200, послужившие основой для будущих R4300i. Производная этого процессора, NEC VR4300, использовалась в игровых консолях Nintendo 64.

нижняя сторона R4700 Orion, на которой видно кремниевый чип, изготовленный IDT и спроектированный Quantum Effect Devices
лицевая сторона R4700 Orion


Quantum Effect Devices, самостоятельная компания, основанная разработчиками MIPS, разработала серию процессоров R4600 Orion, R4700 Orion, R4650 и R5000. Если в R4000 увеличили тактовую частоту, но пожертвовали количеством кэш-памяти, то QED уделили большое внимание и емкости кэш-памяти, и эффективному использованию поверхности кристалла. Процессоры R4600 и R4700 использовались в недорогих версиях рабочей станции SGI Indy, а также в первых маршрутизаторах Cisco, например, серии 36х0 и 7х00. Микропроцессор R4650 применялся в телевизионных приставках WebTV. В процессоре R5000 FPU диспетчеризация операций с плавающей точкой была более гибкой, чем в R4000, и, вследствие этого, рабочие станции SGI Indys, базированные на R5000 отличались лучшей графической производительностью, чем R4400 с такой же тактовой скоростью и графическим аппаратным устройством. Чтобы подчеркнуть улучшение после объединения R5000 и старой графической платы, SGI дала ей новое название. Немного позднее QED разработали семейство процессоров RM7000 и RM9000 для рынка сетей и лазерных принтеров. В Августе 2000 года компания QED была приобретена производителем полупроводников PMC-Sierra, и последняя продолжила инвестирование MIPS-архитектур. Процессор RM7000 включал в себя 256 Кб встроенной кэш-памяти 2го уровня и контроллер для дополнительной кэш-памяти 3го уровня. Были созданы процессоры RM9xx0 — семейство SOC-устройств, в которые включены такие периферийные составляющие как: контроллер памяти, PCI-контроллер, контроллер Ethernet, а также быстрые устройства ввода-вывода.

R8000 был первой суперскалярной архитектурой MIPS, способной осуществлять 2 целочисленные инструкции и 2 инструкции обращения к памяти за один цикл. Данная разработка использовала 6 схем: устройство для целочисленных команд, для команд с плавающей точкой, три вторичных дескриптора кэш-памяти ОЗУ, а также кэш-контроллер ASIC. Архитектура имеет два полностью конвейезированных устройства умножения-сложения, которые могут передавать поток данных в 4 Мб внекристального вторичного кэша. В середине 1990х процессоры R8000 запустили SGI серверы POWER Challenge, а позже стали доступны на рабочих станциях POWER Indigo2. Хотя производительность этого FPU и была наиболее подходящей для научных сотрудников, ограниченность его целочисленной производительности и высокая цена не смогли привлечь большинство пользователей, поэтому R8000 был на рынке всего год, и даже сейчас его едва ли можно найти.

В 1995 году был выпущен R10000. Этот процессор в однокристальном исполнении, работал с более высокой тактовой частотой, чем R8000, а также включал в себя объемную первичную кэш-память данных и команд. Кроме того, он был суперскалярным, но это главное новшество было неисправно. Но даже с более простым FPU, значительно увеличенная производительность целочисленный вычислений, более низкая цена и высокая плотность записи сделали R10000 предпочтительным для большинства пользователей.

Все более поздние проекты были основаны на ядре R10000. В R12000 был использован 0.25 микронный технологический процесс с целью уменьшить чип и достигнуть большей тактовой скорости. Исправленный R14000 имел более высокую тактовую частоту в дополнение с поддержкой DDR SRAM для внекристальной кэш-памяти. Следом были выпущены R16000 и R16000A, тактовая частота которых была также увеличена; в них была встроена дополнительная кэш-память первого уровня, а их производство требовало более мелких кристаллов, чем прежде.

Среди других представителей семейства MIPS — R6000, ЭСЛ-реализация, выполненная компанией Bipolar Integrated Technology. R6000 относится к поколению процессоров MIPS II. Его TLB и устройство кэш-памяти значительно отличаются от остальных представителей данного семейства. R6000 не принес обещанной выгоды, и, хотя был признан в некоторой степени полезным для компьютеров Control Data, он мгновенно исчез с основного рынка.

Микропроцессоры MIPS
Модель Частота Год Технология разработки Транзисторы Размер кристалла Число выводов Мощность Напряжение Кэш данных Кэш инструкций Кэш 2го уровня Кэш 3го уровня
R2000 8—16.67 1985 2.0 0.11 ? ? ? ? 32 64 НЕТ НЕТ
R3000 12—40 1988 1.2 0.11 66.12 145 4 ? 64 64 0-256 Kб Внешняя НЕТ
R4000 100 1991 0.8 1.35 213 179 15 5 8 8 1 Mб Внешняя НЕТ
R4400 100—250 1992 0.6 2.3 186 179 15 5 16 16 1-4 Mб Внешняя НЕТ
R4600 100—133 1994 0.64 2.2 77 179 4.6 5 16 16 512 Kб Внешняя НЕТ
R4700 133 1996  ?  ?  ? 179  ?  ? 16 16 Внешняя НЕТ
R5000 150—200 1996 0.35 3.7 84 223 10 3.3 32 32 1 Mб Внешняя НЕТ
R8000 75—90 1994 0.7 2.6 299 591+591 30 3.3 16 16 4 Mб Внешняя НЕТ
R10000 150—250 1996 0.35, 0.25 6.7 299 599 30 3.3 32 32 512 Kб—16 Mб Внешняя НЕТ
R12000 270—400 1998 0.25, 0.18 6.9 204 600 20 4 32 32 512 Kб—16 Mб Внешняя НЕТ
RM7000 250—600 1998 0.25, 0.18, 0.13 18 91 304 10, 6, 3 3.3, 2.5, 1.5 16 16 256 Kб Внутренняя 1 Mб Внешняя
R14000 500—600 2001 0.13 7.2 204 527 17 ? 32 32 512 Kб—16 Mб Внешняя НЕТ
R16000 700—1000 2002 0.11 ? ? ? 20 ? 64 64 512 Kб—16 Mб Внешняя НЕТ
R24K 750+ 2003 65 nm ? 0.83 ? ? ? 64 64 4-16 Mб Внешняя НЕТ


Просмотров: 12317


<<< Alchemy (процессоры)
R8000 >>>