Procesadores

INTRODUCCIÓN
Desde hace ya algunos años, la tendencia general en la fabricación de CPUs se ha basado en conseguir sobre todo dos objetivos:
* Compatibilidad con la arquitectura llamada x86.
* El mayor rendimiento posible en aplicaciones.
Para lograr ambos objetivos, los principales fabricantes (como Intel o AMD) fabrican procesadores cada vez más rápidos y complejos, con una arquitecturainterna de tipo RISC. Por tanto, para lograr ejecutar las instrucciones de la familia x86, estas CPUs realizan una traducción del código mediante un hardware específico.
Las CPUs modernas poseen otro hardware especial para optimizar y reordenar código en tiempo de ejecución. Todos estos elementos hardware requieren espacio en la CPU y consumen energía eléctrica.
El procesador Crusoe, en cambio,traslada estas funciones a una capa de software, muy estrechamente ligada al hardware de la CPU, resultando un procesador con menos superficie de silicio y menor consumo. Esto significa que los recursos habituales de una CPU como los encargados de la ejecución de instrucciones, sumas, restas, multiplicaciones, etc. son compartidos por los procesos de usuario y los específicos para las funciones detraducción de código, renombrado de registros, reordenamiento de instrucciones, etc.
Este software de conversión de código (Code Morphing) reside en una ROM especial de la CPU, de tal manera que sea el primer software en ser cargado por la CPU, situándose desde ese momento como una capa intermedia entre las aplicaciones software (incluido el sistema operativo) y el hardware.
Se trata de una CPU detipo VLIW (Very Long Instruction Word), capaz de ejecutar hasta 4 operaciones por ciclo de reloj. A continuación pasaremos a describir los detalles técnicos de esta nueva familia de procesadores.
ESTRUCTURA INTERNA
Debido a la exclusión de elementos de hardware complejos (y caros), debido a la realización de ese trabajo por la capa de software, los procesadores Crusoe poseen una estructura internasimple y muy eficiente, compuesta por:
* Dos unidades enteras (Integer ALU).
* Una unidad de coma flotante (Floating Point Unit).
* Una unidad de memoria para operaciones de lectura y escritura (Load / Store Unit).
* Una unidad de salto (Branch Unit).
Las instrucciones pueden ser de 64 o 128 bits, y el fabricante les llama “moléculas”. Cada molécula puede contener hasta cuatroinstrucciones de tipo RISC, llamadas “átomos”. Todo los átomos de una molécula son ejecutados en paralelo, y la estructura de la molécula informa de cómo dichos átomos deben ser conducidos hacia su correspondiente unidad de proceso, logrando así simplificar el hardware de decodificación y planificación de las operaciones.
Las moléculas se ejecutan en orden, evitando así complejo hardware para operacionesfuera de secuencia. Para conseguir que el procesador ejecute instrucciones a la máxima velocidad, las moléculas se intenta que estén lo más llenas posible de átomos.
Figura 1. Una molécula puede contener hasta cuatro átomos, que son ejecutados en paralelo.
El banco de registros está formado por 64 registros enteros, %r0 al %r63. Parte de estos registros pueden estar usados por el software de CodeMorphing. El ensamblador definido para este procesador, que observaremos más tarde, representa una molécula por línea, con átomos separados por el símbolo punto y coma.
Los procesadores superescalares actuales, basados en la arquitectura x86 de Intel, disponen de un hardware dedicado a funciones tales como reordenar las instrucciones fuera de secuencia. Dicho hardware consume mucha energía, ademásde ocupar más espacio de silicio.
EL SOFTWARE DE TRANSFORMACIÓN DE CÓDIGO (CODE MORPHING)
El Code Morphing es fundamentalmente un sistema software de traducción dinámica, un programa que compila instrucciones del juego de instrucciones de una determinada arquitectura, transformándolas en el correspondiente código interno del Crusoe. El Code Morphing reside en una ROM y es el primer programa en...