Правильная ссылка на эту страницу
http://az-design.ru/Support/Archiv/Elc1986/D19860224Elc023.shtml

Процессорные СБИС для универсальных ЭВМ значительно уменьшают габариты больших вычислительных систем

УДК 621.3.049.74:061.3

Бернард Конрад Коул (Bernard Conrad Cole)
Редакция Electronics

Из всех новых разработок, представленных на нынешней Международной конференции по интегральным схемам, абсолютное первенство по сложности принадлежит универсальным центральным процессорам. Эти кристаллы ЦП, построенные на базе архитектурных решений универсальных ЭВМ, можно назвать подлинными суперкристаллами.

Отличным примером суперкристалла является 32-разрядный однокристальный микропроцессор Micro-370, разработанный в Исследовательском центре им. Томаса Дж. Уотсона компании IBM Corp. (Иорктаун-Хайтс, шт.Нью-Йорк) (рис.1), Этот микропроцессор не только непосредственно выполняет 102 команды универсальных ЭВМ Система 370, но и обеспечивает эмуляцию их полной системы команд. СБИС Micro-370 изготовлена по 2-мкм n-канальной МОП-технологии с кремниевыми затворами и межсоединениями в одном уровне поликремния и двух уровнях металлизации. Эквивалентная сложность этого кристалла размером 10*10 мм составляет 200 тыс. транзисторов, рассеиваемая мощность — 3 Вт, длительность цикла — 200 нс и тактовая частота — 10 МГц.

32-разрядный кристалл Micro-370 компании IBM, содержащий 200 тыс. транзисторов, непосредственно выполняет 102 команды из системы команд процессора уни
Рис.1. 32-разрядный кристалл Micro-370 компании IBM, содержащий 200 тыс. транзисторов, непосредственно выполняет 102 команды из системы команд процессора универсальной ЭВМ IBM 370 и эмулирует всю ее систему команд.

Кристалл Micro-370 разработан на базе стандартных элементов с помощью средств автоматизированного размещения и трассировки и содержит трехкаскадный конвейер и микропрограммируемую структуру, которая состоит из шинного контроллера, контроллера последовательности, блока управления, исполнительного блока, тактового генератора, блока специальных функций, дешифратора команд и логики управляющей памяти. В нем используются полные 32-разрядные внутренние тракты данных и адресов, связанные с 32-разрядными асинхронными немультиплексированными внешними шинами данных и адресов.

Исполнительный блок содержит 32-разрядное арифметико-логическое устройство, 64-разрядный сдвиговый регистр, девять специальных регистров, 32-разрядный сумматор и два комплекта по 16 32-разрядных регистров общего назначения, а также две 32-разрядные шины с парными линиями, проложенные через весь исполнительный блок. Контроллер последовательности, выполненный на стандартных элементах, задает следующий адрес для управляющей памяти и выдает команду процессора на шинный контроллер. Блок специальных функций содержит три регистра предварительной выборки команд и регистры специальных функций, соединенные шиной усилителя считывания.

Под управлением микрокомандного слова регистры предварительной выборки команд управляют логикой дешифрации команд и блоком управления. Управляющая память состоит из двух ПЗУ, программируемых фотошаблонами, с полной информационной емкостью 94К. Одно ПЗУ выдает 18-разрядное слово контроллеру последовательности для выборки следующего адреса и генерации команд процессора. Другое ПЗУ выдает 71-разрядное слово для генерации управляющих сигналов. В тактовом генераторе используется четырехфазная конфигурация с восемью выходами, обеспечивающая формирование тактовых фаз для всего микропроцессора из внешнего опорного тактового сигнала с ТТЛ-уровнями.

Объединением разработки микроприборов компании Sperry Corp. (Иган, шт.Миннесота) представлен шестикристальный набор, реализующий полную архитектуру компьютерных систем серии С компании Sperry и выполняющий все 504 36-разрядные команды универсальной ЭВМ модели 1100 этой серии (рис.2). Четыре кристалла набора — арифметико-логическое устройство, адресный генератор, кристалл дешифрации и управления, а также блок кэш-памяти и интерфейса — образуют базовую архитектуру центрального процессора ЭВМ серии 1000.

Шестикристальный комплект компании Sperry Corp., дополненный двумя внешними ЗУПВ, реализует полную архитектуру универсальной ЭВМ серии С этой компании
Рис.2. Шестикристальный комплект компании Sperry Corp., дополненный двумя внешними ЗУПВ, реализует полную архитектуру универсальной ЭВМ серии С этой компании и выполняет все команды машины серии 1100.

Кристалл АЛУ содержит полный 72-разрядный тракт обработки данных с 72-разрядным АЛУ, 72-разрядным сдвиговым регистром, универсальным регистровым стеком на 128 слов и микромашиной с вспомогательным аппаратным обеспечением с встроенной управляющей памятью. В состав адресного генератора входит аппаратный контроллер последовательности, ускоряющий выполнение основных команд. Этот контроллер представляет собой микромашину с встроенной управляющей памятью и 144-разрядным микропрограммным словом, тремя независимыми матрицами ЗУПВ и полноразрядным трактом данных. Кристалл дешифрации и управления (рис.3) содержит ПЗУ дешифратора команд, контроллер различных управляющих последовательностей, а также логику дешифрации и прерывания выполнения команд. Кристалл кэш-памяти и интерфейса включает в себя встроенное ЗУ для управления блоком кэш-памяти емкостью 4К слов, ассоциативное ЗУ емкостью 64 слова для трансляции адресов страниц памяти и интерфейсную логику для внешней 36-разрядной шины с контролем четности.

Кристалл дешифрации и управления выполняет дешифрацию команд и формирование последовательности управляющих сигналов для всего шестикристального процес
Рис.3. Кристалл дешифрации и управления выполняет дешифрацию команд и формирование последовательности управляющих сигналов для всего шестикристального процессорного комплекта компании Sperry. В его состав входят ПЗУ, контроллер управляющих последовательностей и логика дешифрации и прерывания.

Дополнительная ИС расширения системы команд содержит свою собственную микромашину и управляющую память. Она выполняет команды побитовой, побайтовой, десятичной и строковой обработки и включает 108-разрядный тракт десятичных данных трехсловного формата и отдельный 36-разрядный тракт двоичных данных. Шестой кристалл набора — это схема выполнения операции умножения и деления целых чисел, предназначенная для ускоренного выполнения операций с плавающей точкой и операций умножения и деления целых чисел. Она может выполнять умножение чисел с плавающей точкой за один тактовый цикл или умножение 72-разрядных операндов с двойной точностью за два тактовых цикла. Кроме того, для хранения данных кэш-памяти можно использовать внешнее ЗУПВ, а саму кэш-память можно расширить с 4К до 16К слов блоками по 4К путем добавления кристаллов сопряжения с кэш-памятью и матриц ЗУПВ.

Типовая семикристальная система из этих ИС, изготавливаемых по 1,2-мкм КМОП-технологии с двухуровневой металлизацией, имеющая кэш-память на 8К слов и работающая с четырехфазной синхронизацией, имеет длительность цикла 80—108 нс. Данный комплект кристаллов обладает производительностью 0,4—1,5 млн. команда/с. По этому показателю он сравним с универсальной ЭВМ 1100/71 компании Sperry и всего на 20% уступает ее же универсальной ЭВМ 1100/81.

К многочисленным универсальным 32-разрядным микропроцессорам, уже имеющимся на рынке, был добавлен «долгожданный» прибор V60 отделения микроэлектронных изделий компании NEC Corp. Он изготовлен по 1,5-мкм КМОП-технологии с двумя уровнями металлизации и содержит 375 тыс. транзисторов. В состав кристалла входят 32-разрядный исполнительный блок, блок управления 4-Гбит виртуальной памятью со страничным запросом, микропрограммное ПЗУ емкостью 191К и 32-разрядный умножитель с плавающей точкой, реализованный на базе стандарта IEEE-754.

Новый микропроцессор компании NEC, работающий с тактовой частотой 16 МГц, выполняет 3,5 млн. команда/с и потребляет 1,5 Вт мощности. Этот прибор с системой из 273 команд включает шесть функциональных блоков — блок предварительной выборки, блок дешифрации команд, генератор исполнительных адресов, блок управления памятью, блок управления шиной и исполнительный блок,— организованных в конвейерную структуру.

Встроенный блок управления памятью содержит 16-ячеечный полностью ассоциативный буфер предыстории, который преобразует виртуальные адреса в действительные в наихудшем случае за 36 нс. Исполнительный блок ИС представляет собой микропрограммный генератор тракта данных с 32 32-разрядными регистрами общего назначения, 16 32-разрядными блокнотными (сверхоперативными) регистрами, 64-разрядным циклическим сдвиговым регистром, 32-разрядным АЛУ и набором управляющих регистров. АЛУ выполняет перемножение 32-разрядных данных по алгоритму Бута второго порядка за 16 тактовых циклов. Типовое время выполнения команды составляет 62,5 нс, рассеиваемая мощность— 1,5 Вт.

Родительская статья:

Новые суперкристаллы на Международной конференции по ИС

Выходные данные:

Журнал "Электроника" том 59, No.04 (737), 1986г - пер. с англ. М.: Мир, 1986, стр.32

Electronics Vol.59 No.07 February 17, 1986 A McGraw-Hill Publication

Electronics Vol.59 No.08 February 24, 1986 A McGraw-Hill Publication

Раздел: МЕТОДЫ, СХЕМЫ, АППАРАТУРА

Тема:     Микропроцессоры




<<< Пред. Оглавление
Начало раздела
След. >>>

Дата последнего изменения:
Thursday, 21-Aug-2014 09:10:55 MSK


Постоянный адрес статьи:
http://az-design.ru/Support/Archiv/Elc1986/D19860224Elc023.shtml