Архитектура PowerPC с успехом применяется на рынке встраиваемых (embedded) процессоров. Этим термином обозначается широкий класс вычислительных устройств, предназначенных для управления разного рода аппаратурой, не относящейся к компьютерам в обычном понимании этого слова. Встраиваемые процессоры используются в электронных схемах управления копировальных аппаратов, лазерных принтеров, сетевых маршрутизаторах, промышленных роботах и установках, цифровых видеокамерах, плеерах и т. д. Обычно это сравнительно медленные процессоры с небольшим энергопотреблением, часто интегрированные с контроллером памяти и другими интерфейсами. IBM активно действует на этом рынке с широким спектром процессоров, в частности, предлагая заказные микросхемы ASIC.
Ключевую роль в создании семейства микропроцессоров PowerPC сыграла корпорация IBM. За основу создаваемого семейства был взят ее процессор POWER (Performance Optimization With Enhanced RISC). В развитие фундаментальной концепции RISC-архитектуры существенный вклад внесли ученые из Исследовательского центра IBM, где еще в середине 70-х был разработан мини-компьютер IBM 801. Дальнейшее развитие этих идей как раз и нашло отражение в концепции POWER еще в конце 80-х гг. Впоследствии именно эта архитектура стала основой нескольких семейств рабочих станций и серверов корпорации. Архитектура POWER (рис. 1) во многих отношениях представляет собой традиционную RISC-архитектуру. Она сохраняет наиболее важные особенности RISC: фиксированную длину команд, архитектуру регистр-регистр, простые способы адресации и команд, большой регистровый файл, а также трехоперандный формат инструкций. Однако POWER имеет и несколько дополнительных свойств, отличающих ее от других RISC-архитектур.
Рис. 1. Упрощенная архитектура POWER и PowerPC.
Набор команд POWER изначально был основан на идее суперскалярной обработки. В базовой архитектуре команды распределяются по трем независимым исполнительным устройствам: целочисленной и вещественной арифметики, а также переходов. Для сокращения времен выполнения архитектуру POWER расширили несколькими специальными командами. В частности, были введены команды групповой загрузки и записи, которые обеспечивали пересылку содержимого нескольких регистров в память (и обратно) с помощью единственной команды. Архитектура переходов POWER была организована с учетом их предварительного просмотра и методики свертывания. Кстати, реализация условных переходов, используемая в POWER, уникальна по отношению к другим RISC-процессорам.
PowerPC положила начало однокристальной реализации архитектуры POWER. PowerPC поддерживает ту же базовую модель программирования и назначения кодов операций команд, что и архитектура POWER. Но в ней появилось несколько изменений, упрощающих архитектуру с целью ее приспособления для однокристальных процессоров: устранены команды, которые могли бы стать препятствием для повышения тактовой частоты; найден обход архитектурных препятствий суперскалярной обработке и внеочередному выполнению команд; добавлены свойства, необходимые для поддержки симметричной многопроцессорной обработки; архитектура расширена до 64-разрядной. Шины адреса и данных устройства были мультиплексированы, то есть, сначала процессор выводил на шину адрес и специальным сигналом информировал об этом все устройства, а затем по той же шине передавал (или принимал) данные. Доступ к памяти был организован в пакетном режиме, что делало снижение производительности процессора не столь ощутимым.
В дальнейших разработках к трем основным исполнительным устройствам было добавлено еще одно - формирования адресов доступа к памяти. Тем не менее структура устройств процессора была упрощена. Так, устройство для операций вещественной арифметики могло обрабатывать только 32-разрядные числа (в предыдущих - 64-разрядные). Количество выполняемых за один такт операций сократилось до одной, что уменьшило размер блока декодирования и упростило схему предсказания переходов. Кроме того, были исключены сложные графические и строковые операции, благодаря чему упростилось устройство формирования адресов. Оставшиеся операции пересылки были оптимизированы и выполнялись за один такт. Объемы кэш-памяти команд и данных составляли теперь по 2 Кбайт (впоследствии 4 Кбайт) каждый. Процессоры были снабжены быстрым механизмом защиты памяти и имели все те же режимы энергосбережения. Выпускались модели PowerPC с тактовой частотой 166 МГц (затем 180 и 200 МГц, а затем и 332 МГц с соблюдением проектных норм 0,35 мкм). В них были усовершенствованы блоки операций деления и управления кэш-памятью. Внутренняя кэш-память была увеличена вдвое - по 32 Кбайт для команд и для данных.
Версия сайта для слабовидящих