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Comparação de Conjuntos de Instruções Intel Pentium / Motorola PowerPC. Ana Paula Martins rop64367@mail.telepac.pt Susana Cristina Dias Ribeiro suribeiro@mail.telepac.pt. Tópicos. Introdução Introdução ao Intel – Pentium II Introdução ao PowerPC – MPC750 - PowerPoint PPT Presentation
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Comparação de Conjuntos de Instruções
Intel Pentium / Motorola PowerPC
• Ana Paula Martins rop64367@mail.telepac.pt
• Susana Cristina Dias Ribeiro suribeiro@mail.telepac.pt
Tópicos
1. Introdução
2. Introdução ao Intel – Pentium IIPentium II
3. Introdução ao PowerPC – MPC750MPC750
4. Pentium II versus MPC750
5. Conclusão
6. Bibliografia
1. Introdução
• Estudo do número de instruções, tipo de instruções, modos de endereçamento e número de ciclos de relógio
• Intel Pentium II : CISC
• Motorola PowerPC MPC750: RISC
2. Introdução ao IntelPentium II
Características:• Poucos registos em muitas situações só o
acumulador e alguns registos general-purpose• Instruções complexas• Tamanho variável de instruções, onde a instrução
é seguida pela informação necessária• Vários modos de acesso à memória (modos de
endereçamento)
Instruções do Pentium II
• Operandos das instruções
mnemónica arg1, arg2, arg3
• Números binários e hexadecimais
• Endereços segmentados
Instruções do Pentium IITipos de dados
• Tipos fundamentais de dados:– Palavras, palavras
duplas e palavras quadruplas
• Alinhamento de palavras, palavras duplas e palavras quadruplas – não necessitam de serem ordenados na memória
• Outros tipos de dados– numéricos: valores inteiros,
inteiros sem sinal, inteiros BCD
– apontadores: apontadores de 32 bits e apontadores de 48 bits
– campos de bits: sequência contígua de segmentos de bits (máximo de 32 bits)
– strings de dados
Instruções do Pentium IITipos de Dados
• Dados com vírgula flutuante – reconhecem conjuntos de reais, inteiros e dados decimais inteiros
Instruções Pentium II
• Endereçamento dos operandos:– Colocado em:
• Na própria instrução
• No registo
• Numa posição da memória
• Numa porta de entrada/saída
– Especificados implícita e explicitamente na instrução
• Operandos imediatos– Operandos que estão
codificados na própria instrução
– Valor máximo é sempre menor que o valor máximo de uma palavra inteira sem sinal
Instruções Pentium IIRegistos
• General-purpose registers – 32 bits: EAX, EBX,
ECX, EDX, EBP, ESI, EDI, ESP
– 16 bits: AX, BX, CX, DX, SI, DI, SP, BP
– 8 bits: AH, BH, CH, DH, AL, BL, CL, DL
Instruções Pentium IIRegistos
• Registos de segmentos: CS, DS, SS, ES, FS, GS
Instruções Pentium IIRegistos
• Registos EFLAGS– Registo de 32 bits
– Contém um grupo de:• flags de estado
• flags de controlo
• flags de sistema
Instruções Pentium II
• Instruções lógicas:and Al,imm8
• Instruções de comparação:
cmp AX,imm16
• Instruções de chamadas de procedimento:– Guarda o procedimento
que liga a informação contida na pilha ao procedimento especificado no operando de destino
call rel16
Instruções Pentium II
• Instruções de carregamento:
lea • Instruções de
transferência de dados:
mov
• Instruções de controlo e transferência:
jmp• Instruções aritméticas
binárias:
add
Instruções Pentium II
• Instruções de bit e de byte:
btr• Instruções de
armazenamento:
fst
• Instruções de manipulação da pilha:pop
• Instruções de conversão:– Instruções de
conversão simples– Instruções de
deslocamento e de conversão
Instruções Pentium II
• Instruções aritméticas decimais:– Transforma o resultado
de uma operação aritmética binária num decimal
• Instruções de rotação e deslocamento:– Reorganizam os bits
dentro do operando
rcr
3. Introdução ao PowerPC MPC750MPC750
• Desenvolvido por: Apple – IBM – MotorolaApple – IBM – Motorola
• Baseado em:
arquitectura PowerPower (IBM)
- projectada para workstations cientificas
- optimizada para operações matemáticas inteiras e de vírgula flutuante
- incorpora branch processor
Características do PowerPCPowerPC
• Baixo custo de fabrico quando comparado com o do Power
• Arquitectura RISC de elevada performance
• Arquitectura load/store (registo-registo)
• Conjunto simples de instruções
• Modo de endereçamento simples
• Grande conjunto de registos
Conjunto de registos do PowerPCNíveis da arquitectura PowerPC
• UISA – user instruction architecture
• VEA – virtual environment architecture
• OEA – operating environment architecture
Registos UISA
• GPRs – general-purpose registers:
• Registos de origem ou de destino para todas as instruções de inteiros
• Conjunto de 32 GPRs: GPR0-GPR31
• Registo de 32/64 bits para implementações de 32/64 bits
Registos UISA
• FPRs – floating-point registers
• Registos de emissão e recepção para todas as instruções de vírgula flutuante
• Conjunto de 32 FPRs: FPR0-FPR31
• Registo de 64 bits
Registos UISA
• CR – condition register
• Mostram o resultado de certas operações aritméticas e fornecem um mecanismo de teste e propagação
• Registo de 32 bits, dividido em 8 campos de 4 bits: CR0-CR7
Registos UISA
• FPSCR – floating-point status and control register
• Contem todas as interrupções signal bit, summary bits, enable bits e bits de controle necessários à concordância com a norma IEEE754
• Registo de 32 bits
Registos UISA
• XER – XER register• Indica as condições de
overflow e carry para as operações de inteiros, e o número de bytes que são transferidos pelas instruções indexadas de carregamento/armaze-namento
• Registo de 32 bits
Registos UISA
• LR – linker register• Registo de 32/64 bits
para implementações de 32/64 bits
• CTR –counter register• Registo de 32/64 bits
para implementações de 32/64 bits
Registos VEA
• Registos UISA
• TB – time base (for reading)
• Registo de 64 bits, dividido em duas estruturas de 32 bits, TBU e TBL
Registos OEA
• Abrange todos os registos que existem na arquitectura PowerPC
Conjunto de Registos do PowerPC
Conjuntos de Instruções do PowerPC
• Instruções Inteiras– aritméticas
– de comparação
– lógicas
– de rotação e deslocamento
add rD,rA,rB
• Instruções de vírgula flutuante– aritméticas
– multiplicação/adição
– arredondamento e conversão
– comparação
– de estado e controlo
fsel frD,frA,frC,frB
Conjunto de Instruções do PowerPC
• Instruções carregamento/armaze- namento– carregamento e
armazenamento de inteiros
– carregamento e armazenamento múltiplos
– carregamento e armazenamento de
armazenamento de vírgulas flutuantes
– Primitivas usadas para a construção atómica de operações de memória
lbz rD,d(rA)
Conjunto de Instruções do PowerPC
• Instruções de propagação e de controle de fluxo– instruções branching e
trap
– instruções lógicas da condição de registo
b target_addr
• Instruções de controle do processador– move de / para SPR– move de / para MSR
(machine state register)
– sincronismo – carregamento/armaze-
namentomfspr rD,SPR
Conjunto de Instruções do PowerPC
• Instruções de controle de memória– de gestão da cache a
nível do supervisor– da cache a nível de
utilizador– de manipulação do
registo de segmentos – de gestão do buffermtsr SR,rS
Conjunto de Instruções do PowerPC
• Instruções inteiras• Instruções de vírgula
flutuante• Instruções de
carregamento e de armazenamento (load/store)
• Instruções de propagação e de controle de fluxo
• Instruções de controle de processador
• Instruções de controle de memória
Unidades de execução do MPC750
• FPU - floating-point unit• BPU - branch processing
unit• SRU - system register unit• LSU - load / store unit• IU - integer unit
• IU1 – executa todas as instruções inteiras
• IU2 – executa todas as instruções inteiras com a excepção das instruções de multiplicação e divisão
Registos e instruções adicionais ao MPC750
• Registos– instruction address
breakpoint register (IABR)
– hardware implementation-dependent register 0 (HID0)
- hardware implementation-dependent register 1 (HID1)
– performance monitor registers (MMCR0, UMMCR0, MMCR1, UMMCR1, PMC1-PMC4, UPMC1-UPMC4, SIA,
USIA, SDA, USDA)
Registos e instruções adicionais ao MPC750
• Instruções– external control in
word indexed, (eciwx)
– external control out word indexed, (ecowx)
– floating select, (fsel)
– floating reciprocal estimate single-precision, (fres)
– floating reciprocal square root estimate, (frsqrte)
– store floating-point as integer word, (stfiwx)
O Pipeline e o MPC750
Etapas do pipeline:• Captura (fetch)• Descodificação /
Despacho (decode/dispach)
• Execução (execute)• Conclusão (complete)
Fluxo de Instruções
4. Pentium II versus MPC750Uma situação quotidiana ...
• Pentium II (CISC)1. Deixa o restaurante e
desce a rua
2. Vira à direita, e em seguida à esquerda
3. Sobe a rua, e entra no último edifício
• MPC750 (RISC)1. Deixa o restaurante
2. Desce a rua
3. Vira à direita
4. Vira à esquerda
5. Sobe a rua
6. Entra no último edifício
Um exemplo real – a adição
Pentium II
add 6,r1 Lê-se o conteúdo de r1,
realiza--se a adição, coloca-se o resultado em r1. Se outra instrução requerer o valor original de r1, o valor deste registo deverá ter sido guardado antes de realizar a operação de adição, e então carregado na memória.
MPC750
add r3,r2,r1 r1 e r2 são adicionados e o seu
resultado é colocado em r3. Como r1 e r2 não são alterados, facilmente podem ser reutilizados.
5. Conclusão
Pentium IIPentium IIQualquer instrução pode
referenciar a memória (register-memory)
Muitas instruções e muitos modos de endereçamento
MPC750MPC750Só carregamentos e
armazenamentos podem referenciar a memória
(load-store)
Poucas instruções e poucos modos de endereçamento
5. Conclusão (cont.)
Instruções complexas que fazem uso de vários
ciclos de relógio
Instruções interpretadas por microprogramas
Sem uso (ou muito pouco) do pipeline
Instruções simples que fazem uso de um só ciclo
de relógio
Instruções executadas por hardware
Grande uso do pipeline
5. Conclusão (cont.)
Pequeno conjunto de registos
A complexidade apresenta-se no microprograma
Poucas instruções para a concretização de um
objectivo
Grande conjunto de registos
A complexidade apresenta-se no
compilador
Muitas instruções para a concretização de um
objectivo
6. Bibliografia
• [1] David A. Patterson and John L. Hennessy, Computer Organization & Design – The hardware/software interfece – 2nd edition, Morgan Kaufmann
• [2] Intel, Intel Architecture Software Developer’s Manual – Volume 1: Basic Architecture, Intel 1999
• [3] Intel, Intel Architecture Software Developer’s Manual – Volume 2:Instruction Set Reference, Intel 1999
• [4] Motorola, PowerPC Microprocessor Family: The Programming Environments for 32-Bit Microprocessors, Motorola 1997
• [5] Motorola, MPC750 – RISC Microprocessor User’s manual, Motorola 1997
• [6] Página da Motorola: http://www.motorola.com• [7] Página da Intel: http://www.intel.com
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