IA64. Архитектура и обзор системы команд презентация

бита
32 статических регистра (Static registers)
96 стековых вращающихся регистров (Rotating registers). Количество реально вращающихся определяется программно, но должно быть кратно 8
GR0 == 0
Каждому регистру соответствует NaT бит
Все регистры доступны программисту

точкой (Float-point Registers)
1 регистр = 82 бита
32 статических регистра (Static registers)
96 вращающихся регистров (Rotating registers). Вращаются все 96 регистров
FPR0 == 0.0f
FPR1 == 1.0f
Зарезервировано специальное NaTVal значение
Все регистры доступны программисту

статических регистров
48 вращающихся регистров. Вращаются все 48 регистров
PR0 == 1

(Application Registers)
Счетчик циклов ar.lc (Loop Count Register)
Счетчик эпилога ar.ec (Epilog Count Register)
Регистр состояния устройства обработки данных с плавающей точкой (Float-point Status Register)
Другие

alloc
Кадр предоставляемых регистров делится на три части: Inputs, Local, Outputs
Outputs является Inputs для вызываемой процедуры

исполняющего устройства
M-порт – для команд обмена данными с кэш, арифметических и логических операций
Itanium2 – M0, M1, M2, M3
I-порт – для команд арифметических и логических операций, операций сдвига
I0, I1
B-порт - для команд переходов
B0, B1, B2
F-порт – для команд с операндами - числами с плавающей точкой
F0, F1
Исполнительные устройства
1 устройство взаимодействия с кэшами
3 устройства переходов
4 устройства обработки чисел с плавающей запятой
17 устройств работы с целочисленными данными

из трех команд и поле шаблона (template)
1 бандл = 128 бит
3 инструкции в бандле по 41 биту (слоты)
типы слотов соответствуют типам портов (M, I, F, B) и определяются шаблоном

Граница группы инструкций определяется “stop” битом или шаблоном

Instruction 2

Instruction 1

Instruction 0

dispersal

s
t
o
p

128 bits (bundle)

41 bits

41 bits

41 bits

through, no write allocate

L1I Кэш инструкций первого уровня
16 KB, 4-way set associative with 64-byte lines

L2 Кэш второго уровня
256 KB, 8-way set associative with 128-byte lines
Write back, write allocate
Команды загрузки данных с плавающей точкой обращаются сразу в кэш второго уровня

L3 Кэш третьего уровня
3 MB, 12-way set associative with 128-byte lines, on chip

ALAT Таблица ранних загрузок

обработки данных с плавающей точкой
Команды параллельной обработки
Команды переходов
Влияние предикатов на команду

pn – предикатный регистр
instr_name – мнемоника инструкции
prf1, prf2… – указывают на опцию инструкции
dst1, dst2 – приемники результата
op1, op2… – операнды

Пример:
(p6) fma f32 = f33, f34, f35 ( f32 = f33 * f34 + f35 )

R1 = i, l, o, r
в регистр R1 копируется регистр состояния предыдущей функции, обычно, его можно не сохранять (и не восстанавливать), если в функции регистр состояния не изменяется
i – количество передаваемых в функцию целочисленных и адресных параметров
l – количество локальных переменных (нестатических стековых регистров), которые будут использоваться в функции
o – количество передаваемых целочисленных и адресных параметров для функции, которая будет вызываться из данной функции
r – количество нестатических стековых целочисленных регистров, которые будут вращаться, r – кратно 8
общее количество задействованных нестатических стековых регистров s = i + l + o; r <= s;

в целочисленный регистр из памяти соответствующее количество байт; результат расширяется нулем
st1, st2, st4, st8 – выгружают в память соответствующее количество байтов из целочисленного регистра, начиная с нулевого
ldfs, ldfd, ldfe – загружает из памяти число, представленное в формате IEEE754, в регистр данных с плавающей точкой, одновременно преобразует его во внутренний формат процессора
ldfps, ldfpd – то же самое, но загружает сразу 2 регистра
ldf8, ldf.fill – загружает из памяти данные без какого-либо преобразования
ldfp8 – то же самое, но загружает сразу 2 регистра
stfs, stfd, stfe, stf8, stf.fill – выгружает из регистра данных с плавающей точкой в память в соответствующем формате

одного регистра в другой
mov r1 = r2 – псевдокоманда; реально ассемблер превращает ее в команду add r1 = r0, r2, про это полезно помнить
mov f1 = f2 – тоже псевдокоманда, которая реально превращается в fmerge f1 = f2, f2, что тоже полезно помнить, т.к. fmerge исполняется только в устройстве F0
Команды setf, getf – позволяют передавать данные из регистров общего назначения в регистры данных с плавающей точкой и обратно

и т.п. – естественно, присутствуют
shladd r1 = r2, n, r3 – операнд из r2 сдвигается влево на n разрядов (n=1-4), к результату прибавляется операнд из r3 и полученная сумма помещается в r1

если результат сравнения, который указан в crel (crel = lt, gt, le, etc), выполняется, то в регистр предикатов p1 помещается 1, иначе 0; в регистр предикатов p2 помещается инверсия p1
tbit.trel p1, p2 = r1, n – проверяет n-ый бит в регистре r1, если он удовлетворяет условию в trel (trel = nz – не нуль или z – нуль), то в регистр предикатов p1 помещается 1, иначе = 0; в регистр предикатов p2 помещается инверсия p1

сдвигает содержимое регистра r2 в соответствующем направлении и помещает в регистр r1; на сколько – указано в регистре r3; может выполняться в I0 и I1 устройствах
shr, shl r1 = r2, n – сдвигает содержимое регистра r2 в соответствующем направлении на n разрядов и помещает в регистр r1; псевдокоманда – реализуется через команды extr, и как следствие, может выполняться только в I0

f1 = f2, f3, f4 – основные команды вычислений; по порядку: умножает и складывает, умножает и вычитает, умножает и выполняет обратное вычитание
fmax, fmin – мнемоника все об’ясняет
frcpa, frsqrt – вычисляют обратную величину и обратный квадратный корень с относительной точностью 2**-8; первое приближение для итерационных вычислений
fmerge – собирает от разных операндов знак, порядок, мантиссу и формирует новое число; на fmerge опирается много псевдокоманд, например fabs
fand, for, fxor – выполняют побитовые логические операции над операндами из регистров данных с плавающей точкой
fcvt – выполняет преобразование целочисленных данных в числа с плавающей точкой и в обратную сторону
Другие

Эти команды обращаются к регистрам общего назначения как к 2-ум двойным словам, 4-ем словам или 8-ми байтам, причем как к числам со знаком, так и без знака
padd, psub, pmpy, pmax, pmin, pcmp, pshl, pshr – мнемоника команд все сообщает
pshladd, pshradd, pmpyshr – те же арифметические действия, но еще присутствует сдвиг
pack, unpack, mix, mux – команды упаковки/распаковки данных и изменения позиции в регистре
Параллельные команды для обработки данных с плавающей точкой. Рассматривают 64 бита регистра как два 32-разрядных числа с плавающей точкой.
fpmpa, fpms, - арифметические действия
fpack, fswap – команды упаковки, изменения позиции в регистре

указывается смещение относительно счетчика команд, оно должно укладываться в 25 двоичных разрядов
br bn – переход по адресу из регистра переходов bn
br.ret b0 – последняя команда в программе
br.cloоp start_loop – один из вариантов последней команды в цикле; если счетчик циклов не нуль, то он декрементируется и выполняется переход на начало цикла, иначе – выход из цикла
br.ctop start_loop, br.wtop start_loop,
br.cexit start_loop, br.wexit start_loop – тоже варианты последней команды цикла. Данные команды позволяют организовать цикл с программным конвейером.

Обзор системы команд. Команды переходов

для указания на предикатный регистр. По умолчанию команде соответствует регистр p0 (p0==1)
Команда выполняется только в том случае, если соответствующий ей предикатный регистр установлен в 1, иначе команда не исполняется
(p8) add r1 = r2, r3
Механизм предикатов позволяет избавляться от ветвлений, и как следствие, уменьшить число промахов при переходах. Также механизм предикатов позволяет реализовать программный конвейер.