Meralo e Menyenyane le Tšebeliso ea Eona
Microarchitecture ke "ka hare" ha processor: kamoo CPU e hahiloeng kateng le ho sebetsa ka hare ho phethahatsa litaelo tse hlalositsoeng ke Instruction Set Architecture (ISA) tse kang x86, ARM, kapa RISC‑V. Haeba ISA e ka tšoantšoa le melao ea puo—pokello ea mantsoe le sebōpeho-puo sa 'ona—joale microarchitecture ke kamoo boko bo hlophisang monahano kateng e le hore lipolelo tseo li ka utloisisoa le ho buuoa kapele, ka mokhoa o bolokang matla, le ka botsitso. Batho ba bangata ba lemoha mabitso a processor ka lets'oao kapa letoto, empa liphapang tsa 'nete ts'ebetsong le katleho hangata li khethoa ke liqeto tse boemong ba microarchitecture.
Ho utloisisa kamano pakeng tsa ISA le microarchitecture
ISA e le 'ngoe e ka ba le lits'ebetso tse ngata tsa microarchitectural. Mohlala, li-processor tse peli li ka tšehetsa ISA e itseng, empa meralo ea tsona ea kahare ea fapana: e 'ngoe e rata lebelo le phahameng la oache, e 'ngoe e rata palo ea mantlha kapa ts'ebetso e ntle ea matla. Sena se hlalosa hore na ke hobane'ng ha li-CPU tse peli tse sebelisang litaelo tse "tšoanang" li sa sebetse ka tsela e tšoanang kamehla.
Meralo e menyenyane e kenyeletsa likarolo tse kang liphaephe, ts'ebetso e sa laoleheng, ho bolela esale pele ha makala, maemo a polokelo, li-unit tsa ts'ebetso (ALU/FPU), le mekhoa ea tsamaiso ea matla. Karolo ka 'ngoe ea tsena e kenya letsoho lipheong tse tharo tse pharaletseng: ts'ebetso, ts'ebeliso e ntle ea matla, le litšenyehelo/ho rarahana.
Likarolo tse ka sehloohong tsa meralo e menyenyane
1. Phaephe: mola wa ditaelo tsa kopano
Phaephe e arola ts'ebetso ea litaelo ka mekhahlelo e 'maloa, joalo ka ho lata (ho lata litaelo), ho hlakola (ho fetolela), ho phethahatsa (ho phethahatsa), phihlello ea memori (phihlello ea memori), le ho ngola-morao (ho ngola sephetho). Ka phaephe, CPU e ka sebetsana le litaelo tse ngata ka har'a stack, joalo ka mola oa kopano ea fektheri.
Ha phaephe e tebile, CPU e ka fihlella hodimo ka kgopolo. Leha ho le jwalo, phaephe e tebileng haholo e eketsa kotlo bakeng sa diponelopele tse fosahetseng tsa makala mme e eketsa ho rarahana ha taolo.
2. Ho tšoana ho hoholo ha maemo a thuto le maemo a thuto
Hangata li-CPU tsa sejoale-joale li na le li-superscalar, ho bolelang hore li ka phethahatsa litaelo tse fetang e le 'ngoe ka potoloho ka li-unit tse ngata tsa ts'ebetso tse tšoanang. Sena se sebelisa monyetla oa ho tsamaisana ha maemo a thuto (ILP), bokhoni ba ho phethahatsa litaelo tse ngata tse ikemetseng.
Leha ho le jwalo, ILP ha e fumanehe kamehla. Haeba lenaneo le na le di-data dependence tse ngata kapa makala a mangata, bokgoni bona bo tshwanang ha bo sebediswe ka botlalo. Ka hona, di-microarchitectures le tsona di itshetlehile ka mekgwa e meng ya ho "tlatsa" diyuniti tsa phethahatso ho di thibela ho se sebetse.
3. Phethahatso e sa lateleng taelo (OoO)
Ho kenngwa tshebetsong ha taelo ho dumella CPU ho phethahatsa ditaelo tse sa tsamaellaneng le yona, ha feela sephetho sa ho qetela se nepahetse. Mohlala, haeba taelo e emetse data ho tswa memoring, CPU e ka phethahatsa taelo e nngwe e seng e loketse. Ho etsa sena, CPU e sebedisa dikarolo tse kang di-buffer tsa ho hlophisa botjha, diteishene tsa ho boloka, le ho reha botjha rejistara.
OoO e ntlafatsa tshebetso, empa e hloka sebaka le matla a mangata a silicon, mme e eketsa ho rarahana ha netefatso. Disebedisweng tse ding tse nang le matla a tlase, baqapi ba ka kgetha ho etsa tshebetso e bonolo ka tatellano.
4. Ho bolela esale pele ha lekala le ho phethahatsa ho hakanyetsoang
Litaelo tsa ho arola (haeba/ha ho le jwalo, loop) di qobella CPU ho kgetha tsela ya ho phethahatsa. Ho emela qeto ya lekala ho tla "roba" phaephe. Ponelopele ya lekala e leka ho hakanya hore na ke tsela efe e tla nkuwa, e dumella CPU ho tswela pele ho sebetsa ntle le ho emisa.
Haeba ponelopele e nepahetse, tshebetso e ntlafala haholo. Haeba e fosahetse, CPU e tlameha ho lahla sephetho sa ho nahana (ho ntsha) le ho qala botjha, e leng se etsang hore ho be le kotlo ya potoloho. Ponelopele ya lekala le rarahaneng ke sesosa sa bohlokwa sa tshebetso bakeng sa mesebetsi e tlwaelehileng, empa e boetse e hokahantswe le mathata a tshireletso a kang Spectre, e sebedisang ditlamorao tse sa reng letho.
5. Tsamaiso ea cache: L1, L2, L3
Lebelo la CPU le feta memori e ka sehloohong (RAM) haholo. Memori ea cache ke memori e nyane, e potlakileng haholo e sebelisetsoang ho boloka data e fihlellehang khafetsa. Hangata e na le maemo a 'maloa: L1 (e potlakileng le e nyane ka ho fetisisa), L2 (e kholoanyane), le L3 (e kholoanyane le ho feta, hangata e arolelanoa lipakeng tsa li-cores).
Moralo oa cache ke phapanyetsano ea bohlokoa: li-cache tse kholo li fokotsa liphoso, empa li bitsa chelete e ngata 'me li ka lieha. Ho lata esale pele melaoana le ho lumellana ha cache litsamaisong tsa mantlha tse ngata le tsona li bohlokoa bakeng sa meralo e menyenyane.
6. Diyuniti tsa phethahatso: kakaretso, ntlha e phaphametseng, SIMD, le e khethehileng
CPU e na le diyuniti tse fapaneng: ALU bakeng sa mesebetsi ya palo yohle, FPU bakeng sa dinomoro tsa karolo, diyuniti tsa mojaro/poloko bakeng sa memori, le SIMD (mohlala, AVX/NEON) bakeng sa ho sebetsana le data e ngata ka nako e le nngwe—e thusa haholo bakeng sa multimedia, compression, esita le ho ithuta ha mochini o bobebe.
Ho phaella moo, diprosesa tsa sejwalejwale hangata di kenyelletsa di-accelerator tse itseng (ho itshetlehile ka sethala), tse kang tsa encryption, AI computing, kapa tsamaiso ya matshwao a setshwantsho disebedisweng tsa mehala. Le hoja e se kamehla e bitswang "pure CPU microarchitecture," kopanyo ena e susumetsa moralo o akaretsang wa sistimi e hodima chip.
7. Tsamaiso ea motlakase le moralo oa mocheso
Moralo o monyenyane o boetse o etsa qeto ea hore na processor e fetola motlakase le maqhubu (DVFS) joang, e tima likarolo tse sa sebelisoang (ho thibela oache, ho thibela motlakase), 'me e boloka mocheso o le ka har'a meeli. Li-laptops le lifonong tsa mohala, katleho ka watt hangata e bohlokoa ho feta ts'ebetso e phahameng.
Tšebeliso ea meralo e menyenyane lefatšeng la 'nete
1. Eketsa ts'ebetso ea khomphutha le seva
Tšebeliso e totobetseng ka ho fetisisa ke ho ntlafatsa ts'ebetso ea lits'ebetso tsa letsatsi le letsatsi (li-browser, lits'ebetso tsa ofisi), k'homphieutha ea tekheniki (li-simulation), le lits'ebeletso tsa seva (li-database, lits'ebeletso tsa webo). Mekhoa e kang OoO, caching e tsoetseng pele, le ho bolela esale pele ha lekala li etsa hore mananeo a sebetse kapele ntle le ho eketsa khafetsa haholo.
Setsing sa data, diphetoho tse nyane bokgoning ba microarchitectural di ka fetolela ho poloko e kgolo ya matla le phodiso. Ke ka lebaka leo moralo wa microarchitectural wa seva o shebaneng le phallo ya data, bandwidth ya memori, le bokgoni ba ho kopanya dikhoele tse ngata.
2. Ntlafatsa bokgoni ba ho boloka matla disebedisweng tsa mehala
Li-smartphone li hloka ts'ebetso e phahameng bakeng sa lik'hamera, lipapali le bohlale ba maiketsetso, ha ka nako e ts'oanang li boloka bophelo ba betri. Ka hona, meralo e menyenyane ea mehala ea thekeng hangata e kopanya li-core tse bolokang motlakase le li-core tse sebetsang (mokhoa o moholo.LITTLE kapa mefuta e fapaneng ea tsona). Sena se lumella mesebetsi e bobebe ho beoa li-core tse nyane le mesebetsi e boima li-core tse kholo, e leng se fellang ka ts'ebeliso e eketsehileng ea matla ntle le ho tela karabelo.
3. Fumana boits'oaro ba ts'ireletso le phokotso
Microarchitecture ha se feela ka lebelo; e boetse e ama tshireletso. Mekhoa ea ho nahana, li-cache, le ho bolela esale pele ha makala li ka hlahisa liteishene tse ka thoko. Indasteri ebe e nts'etsapele mekhoa ea ho fokotsa likotsi maemong a software le a hardware, joalo ka liphetoho ho li-predictors, ho itšehla thajana ha ho nahanoa, kapa mekhoa ea ho arola li-cache. Ho utloisisa microarchitecture ho thusa baenjiniere ba ts'ireletso ho lekola likotsi le ho khetha litlhophiso tse loketseng tsa ho fokotsa likotsi.
4. Thusa bahlahisi ho ntlafatsa software
Esita le haeba bahlahisi ba sa qape li-CPU, ba ka ngola khoutu e potlakileng ka ho utloisisa boitšoaro ba microarchitectural. Mohlala:
– Fokotsa liphoso tsa cache ka meaho ea data e bonolo ho cache.
– Qoba makala a sa hlokahaleng kapa etsa hore dipaterone tsa makala di be bonolo ho di bolela esale pele.
– E sebedisa SIMD bakeng sa mesebetsi ya vektara.
– E fokotsa ngangisano mabapi le dikgwele tse ngata tse bakang sephethephethe sa ho kgomarelana ha cache.
Lefapheng la k'homphieutha e sebetsang hantle (HPC), tsebo ena e bohlokoa hobane ts'ebetso hangata e lekanyetsoa ke bandwidth ea memori, eseng feela palo ea litaelo.
5. Eba motheo oa meralo e mecha ea lisebelisoa
Thutong ea thuto le indastering ea semiconductor, meralo e menyenyane ke sethala sa boqapi: ho eketsa bophara ba ts'ebetso, ho fetola maano a cache, ho ntlafatsa likhakanyo tsa makala, kapa esita le ho rala mekhoa e fapaneng (CPU + accelerator). Tšebeliso ea eona e bonahala tlholisanong ea lihlahisoa: moloko o le mong oa meralo e mecha o ka tlisa lintlafatso tse kholo ho IPC (litaelo ka potoloho) le katleho, leha maqhubu a lula a sa fetohe.
Liphephetso le litaelo tsa nts'etsopele
Meralo e menyenyane ea sejoale-joale e tobane le meeli ea fisiks: ho lutla ha motlakase, tlhahiso ea mocheso, le ho rarahana ho ntseng ho eketseha. Hobane ho eketsa maqhubu ha ho bonolo joalo ka pele, tlhokomelo e se e fetohile ho:
– Ho bapana ho hoholo ha mantsoe (multi-core, SMT).
– Li-accelerator tse inehetseng bakeng sa mesebetsi e itseng.
– Ntlafatso ea tatellano ea memori le khokahano.
– Bokgoni ba eneji e le tekanyo ya bohlokwa.
– Tšireletso ea meaho e menyenyane ho tloha qalong ea moralo (ts'ireletso ka moralo).
Lilemong tsa morao tjena, mokhoa o fapaneng—ho kopanya li-CPU tsa merero e akaretsang le AI e khethehileng, litšoantšo le li-unit tsa mecha ea phatlalatso—o se o atile haholo, haholo-holo ho SoCs.
Qetello
Microarchitecture ke motheo o etsang qeto ea hore na processor e phethahatsa litaelo joang: hore na e sebetsa ka potlako hakae, e sebetsa ka matla hakae, le hore na e sireletsehile hakae. Liphaephe, ts'ebetso e sa lateleng, ho bolela esale pele ha makala, li-cache, li-unit tsa ts'ebetso, le tsamaiso ea matla kaofela ke likarolo tsa bohlokoa tse susumetsanang. Tšebeliso ea eona e atoloha ho tloha ho ntlafatseng ts'ebetso ea khomphutha le seva le ho boloka bophelo ba betri lisebelisoa tsa mehala ho ea ho thusa ho ntlafatsa software le ho matlafatsa ts'ireletso ea sistimi. Ho utloisisa microarchitecture ho bolela ho utloisisa mabaka a phapang ea ts'ebetso lipakeng tsa li-processor, ha ka nako e ts'oanang ho senola temohisiso ea hore na theknoloji ea k'homphieutha e tsoela pele ho fetoha joang.
Haeba o lakatsa, nka fetola sengoloa sena ho latela moelelo o itseng (mohlala, bakeng sa mesebetsi ea sekolo/kholetjhe, bakeng sa blog e akaretsang, kapa mofuta o mong oa botekgeniki o nang le lichate tsa phallo ea lipeipi le mehlala ea linyeoe tsa ntlafatso).
