Все новости от 2 июня 2005 г.

Опережая память

Независимо от выбора архитектуры процессорного чипа любой проектировщик сталкивается с проблемой слишком медленной работы ОЗУ (конечно, по сравнению с внутрипроцессорными скоростями). Обращаться к памяти приходится за программным кодом и за данными для этого кода, а также для записи результатов обработки данных. Всем известен простой способ ускорения работы подсистемы памяти — использование кэш-памяти.

Однако существуют и другие способы. Скажем, большое число регистров общего назначения в RISC-процессорах и отображение вершины стека вызовов в пул регистров — это способ создать внутри чипа сверхбыстродействующую оперативную память для данных. Заметьте его принципиальное отличие от применения кэш-памяти: в этом случае данными, помещаемыми в регистры, управляет программист (или оптимизирующий компилятор), так что эффективность процесса разделения данных на достойных и не достойных хранения в сверхбыстрой памяти гораздо выше, а необходимость в огромной, горячей и дорогостоящей кэш-памяти — заметно меньше.

Блок-схема современного RISC-процессора семейства PowerPC. Структура PPE должна быть почти такой же

Блок-схема SPE — как видите, она значительно проще, чем у PPE

Вообще говоря, можно было бы сделать нечто подобное и для программного кода — чтобы в процессе работы алгоритма его части последовательно загружались во внутреннюю “программную память” чипа. В результате подсистема кэш-памяти для загрузки программного кода стала бы вообще (или почти) не нужна.

Что интересно — гипотетический чип, созданный в соответствии с этими посылками, должен был бы оптимальным образом применяться там, где можно создать достаточно компактные алгоритмы, “перелопачивающие” большие объемы данных, желательно — с высокой повторяемостью последовательных обращений к ним. Именно таково подавляющее большинство мультимедийных и вычислительных алгоритмов, сопровождающих взрывной рост сегодняшней “цифровой вселенной”.