Un poco de historia de los procesadores
POWER PC
Hay que recordar los origenes para no perder el rumbo, por lo menos en la infomática es muy importante, ya que a veces hay que ver de donde venimos para entender haca donde vamos.
es algo antiguo paro perfectamente extrapolable a nuestros dias, pero era lo que se movia cuando se comenzo a cambiar de powerpc a intel en nuestros mac´s
PowerPC es un microprocesador basado en el sistema RISC desarrollado conjuntamente por IBM, Apple Computer, y Motorola Corporation, está diseñado para cumplir con los estándares ISA (instruction set architecture), permitiendo que cualquiera diseñe y fabrique procesadores PowerPC, que correrán con el mismo código. Su nombre está derivado del nombre de IBM para la arquitectura Performance Optimization With Enhanced RISC, usada en la workstations RS/6000.
Los primeros computadores basados sobre PowerPC fueron los PowerMacs, que aparecieron en 1994. Desde entonces, otras compañías, incluyendo IBM han construido PCs basados en PowerPC. Aunque revisiones iniciales han sido buenas, queda por verse si esta nueva arquitectura puede eventualmente suplantar, o aún coexistir, con el gran número de computadores basados en Intel en uso en el mercado.
La arquitectura PowerPC especifica 32 y 64 bits de datos. Las primeras implementaciones son de 32 bits, pero las futuras de alta eficiencia serán de 64 bits. Un PowerPC tiene 32 registros de propósito general (32 o 64 bits), y 32 registro s de punto flotante.
Hay ya un número de diferentes sistemas operativos que corren sobre computadores basados en PowerPC, incluyendo el sistema operativo Macintosh (Sistema 7.5 y mayores), Windows NT y OS/2.
HISTORIA
Introducción
IBM comenzó la salida de los productos RS/6000 en febrero de 1990 [1, 2]. Desarrolló estos productos en respuesta a las necesidades de cliente de sitios de trabajo y sistemas del alcance medio con los sistemas operativos de UNIX.
Los procesadores en estos productos eran puestas en práctica de la arquitectura del procesador, una configuración reducida del ordenador del conjunto de instrucciones de la segunda generación (RISC).
La arquitectura del procesador incorporó las características comunes a la mayoría de las otras configuraciones del RISC. Las instrucciones eran una longitud fija (4 octetos) con formatos constantes, permitiendo un mecanismo simple el decodificar de la instrucción. Cargar y salvar las instrucciones proporcionó accesos a toda la memoria. La configuración proporcionó a un conjunto de los registros de fines generales (GPRs) el cómputo de punto fijo, incluyendo el cómputo de los direccionamientos de memoria. Proporcionó a un conjunto separado de los registros punto flotante (FPRs). Todos los cómputos extrajeron operandos de la fuente a partir de un conjunto del registro y pusieron resultados en el mismo conjunto del registro. La mayoría de las instrucciones realizaron una operación simple.
Era única entre las configuraciones existentes del RISC en que fue repartida funcionalmente, separando las funciones del control de flujo de programa, el cómputo de punto fijo, y el cómputo de punto flotante. El repartir de la configuración facilitó la puesta en práctica de los diseños superescala, en los cuales las unidades funcionales múltiples ejecutaron en paralelo instrucciones independientes.
La arquitectura del procesador divergió algo del camino tomado por la mayoría de las otras configuraciones del RISC. El objetivo primario de esas configuraciones era ser suficientemente simple de modo que las puestas en práctica pudieran tener una duración de ciclo muy corta, que daría lugar a los procesadores que podrían ejecutar instrucciones posiblemente más rápidas.
Los diseñadores de la arquitectura del procesador eligieron reducir al mínimo el tiempo total requerido para terminar una tarea. El tiempo total es el producto de tres componentes: la longitud de camino, número de ciclos necesarios para terminar una instrucción, y la duración del ciclo.
La carga y almacenamiento del 20%-30% de las instrucciones ejecutadas por la mayoría de los programas. Además, muchas aplicaciones manipulan las matrices, para las cuales el modelo de los accesos de memoria es a menudo regular (por ejemplo, cada " nth " elemento). De acuerdo con estas observaciones, los diseñadores incluidos ponen al día formas de la mayoría de la carga y salvan instrucciones. (las formas de la actualización realizan el acceso de memoria y ponen el direccionamiento actualizado en el registro de direccionamiento bajo). El uso de estas instrucciones evita la necesidad de un cómputo de direccionamiento separado después de cada acceso.
Además, una operación común en muchos algoritmos de cómputo de punto flotante está agregando un valor al producto de otros dos valores. Esta observación incitó la inclusión de un punto flotante que multiplicar-agrega la instrucción, que realiza esta operación.
Las primeras implementaciones de importancia proporcionaron un funcionamiento excepcional. El conjunto del procesador (incluyendo el controlador de la memoria, memoria inmediata de la instrucción, y memoria inmediata de los datos) consistió en siete o nueve chips dependiendo del modelo de sistema. El complejo de los siete-chips proporcionó a una memoria inmediata de los datos de 32KB y el complejo de los nueve-chips proporcionó a una memoria inmediata de los datos de 64KB. Estos sistemas contuvieron una memoria inmediata de instrucción de 8KB que sistemas posteriores ampliaron a 32KB.
Un segundo diseño de gran importancia del procesador [3] fue hecho posible por los avances de la tecnología del silicio que permitieron a diseñadores poner más que millón de transistores en un solo chip. Este solo diseño del chip del RISC (RSC) integró una unidad simple de ramificación, una unidad de punto fijo, una unidad de punto flotante, una memoria inmediata unificada, un regulador de la memoria, y un regulador de la entrada-salida en un solo chip de silicio para el uso en los sistemas de escritorio baratos. La comercialización de los productos que usaban este procesador comenzó en abril de 1992.
El diseño POWER2, descrito como POWER2: La generación siguiente de la familia RS/6000 " [ 4 ], entrega más funcionamiento que los diseños anteriores de poder doblando el número de las unidades en la ejecución. La salida de los productos que usaban este procesador comenzó en octubre de 1993.
Crecimiento de la aplicación en el mercado
El funcionamiento no es la única característica que los clientes consideran al comprar sistemas informáticos. Compran sistemas para mejorar la productividad de sus empleados y para reducir gastos de ejecutar su negocio. Una de las claves para alcanzar estos objetivos es el número de diversas tareas que los sistemas pueden realizar. Los clientes prefieren los sistemas para los cuales un amplio rango de aplicaciones está disponible. Con estos sistemas, los clientes pueden elegir las aplicaciones basadas en su funcionamiento, costo, habilidades del empleado, requerimientos de la integración de la aplicación, y otras necesidades individuales.
En 1990, cinco configuraciones del RISC competían en el mercado. Era inverosímil que los cinco tuvieran éxito en el mercado de trabajo. El mercado de la aplicación sería menos atractivo a los creadores de aplicaciones si este va a romperse por cinco arquitecturas diferentes porque cada versión de una aplicación atraería a pocos clientes.
Además, los clientes comenzaron a sentir que los sistemas del multiprocesador proporcionaron un valor adicional porque ofrecieron una mejor relación precio - funcionamiento y un rendimiento más alto que sistemas de un solo procesador. Debido a que las diferentes firmas comercializadores, Apple, Motorola, y a la IBM formaron una sociedad en la que se usa una configuración común derivada de la Nueva arquitectura.
Configuración De PowerPC
Temprano en 1991, arquitectos del procesador, compiladores, desarrolladores del sistema operativo, los diseñadores del procesador, los arquitectos del sistema, y los diseñadores de sistema de las tres compañías trabajaron juntos para desarrollar una configuración que resolvería las necesidades de la alianza. Porque habría sido imposible desarrollar totalmente una nueva configuración en hora de satisfacer las necesidades de sus clientes, las compañías decidían utilizar la configuración de poder como el punto de partida. Realizaron cambios para alcanzar un número de metas específicas. La configuración tuvo que:
· Permitir un amplio rango de puestas en práctica, entre los reguladores económicos y los procesadores de alto rendimiento.
· Ser suficientemente simple para permitir el diseño de los procesadores que tienen una duración de ciclo muy corta .
· Reducir al mínimo los efectos que obstaculizan el diseño de puestas en práctica superescala agresivas.
· Incluir las características del multiprocesador.
· Definir una configuración de 64-bit que sea un conjunto mejorado de la configuración de 32-bit, proporcionando compatibilidad binaria de la aplicación para las aplicaciones de 32-bit.
Analizando las necesidades de aplicaciones y de sistemas operativos, en vista de que la instrucción típica se mezcla, y examinando rastros de la aplicación y del sistema operativo, el grupo de Arquitectura alcanzó un consenso en la definición de la configuración de PowerPC [ 5 ]. Esta configuración alcanza las metas enumeradas previamente, con todo permite que los clientes del Power ejecuten sus aplicaciones existentes en nuevos sistemas y ejecuten nuevas aplicaciones en sus sistemas existentes.
La arquitectura del PowerPC incluye la mayoría de las instrucciones principales. Casi todas las instrucciones excluidas del PowerPc son las instrucciones que se ejecutan infrecuentemente y el compilador puede substituir cada instrucción excluida por varias otras instrucciones que estén en ambas configuraciones. Las instrucciones excluidas causarán una interrupción del programa del tipo de la instrucción ilegal en procesadores de PowerPC y serán emuladas por el sistema operativo de AIX. La mayoría de las aplicaciones principales beneficiarán el funcionamiento mejorado de los procesadores nuevos de PowerPC. Otras aplicaciones que realizan con frecuencia las operaciones, que utilizan las instrucciones excluidas, producirán resultados correctos en los sistemas b de PowerPC
La configuración de PowerPC es una configuración de 64-bit. Esta configuración amplía tratando el cómputo de punto fijo a 64 dígitos binarios, y utiliza la conmutación dinámica entre el modo 64-bit y el modo 32-bit. En modo 32-bit, un procesador 64-bit de PowerPC ejecutará la aplicación compilada para la configuración 32-bit del subconjunto.
Reducir la configuración de Poder
Además de excluir algunas instrucciones principales, la configuración de PowerPC también quitó algunos requisitos no criticos. PowerPC también ganó nuevas instrucciones y características de terminar la configuración y de alcanzar las metas fijadas por el grupo de arquitectura. El grupo de Arquitectura identificó las características de la configuración de poder que eran demasiado restrictivas, demasiado pesadas, y no rentables. Esto dio lugar a la exclusión de 32 instrucciones por las razones descritas en el resto de esta sección. La configuración de poder contuvo un registro de MQ que tenía dos características que podrían complicar un diseño a gran escala: el uso del registro era implícito, y era un solo recurso. El registro de MQ habría requerido la instrucción que envía la función en un diseño agresivo para identificar todas las instrucciones que utilizan el MQ y para poner un mecanismo en ejecución de retitulación especial para él. Las funciones proporcionadas por el MQ no alinearon la complejidad agregada. La exclusión del MQ dio lugar a la exclusión de 15 instrucciones de rotación de extensión-precisión, dos dividen instrucciones, y una extensión-precisión multiplica la instrucción.
Varias instrucciones de la configuración de poder habrían hecho los diseños futuros del procesador considerablemente más complejo. Tres de poder de punto fijo rotar-insertan instrucciones requirieron tres operandos. La necesidad de un operando adicional habría podido requerir un acceso adicional del fichero del registro y habría aumentado drásticamente la complejidad del mecanismo de retitulación en un diseño de gran magnitud. Dos instrucciones que computaban valores absolutos, y dos otras que realizaron restar con un límite más bajo de cero, lógica de selección requerida después del cómputo aritmético y antes del "writeback" al fichero del registro. La necesidad de la lógica de selección después del cómputo aritmético habría podido dar lugar a una duración de ciclo mínima más larga para algunas ocaciones. PowerPC también excluyó cinco otras instrucciones raramente usadas del problema-estado. La especificación del mecanismo de gerencia de la memoria de PowerPC y de otros cambios relacionados dio lugar a la exclusión de las instrucciones de gerencia de la memoria inmediata de poder. PowerPC excluyó la base de datos que bloqueaba y siguiendo el mecanismo, otra característica del modelo de la memoria de poder, porque habría hecho a la gerencia de la memoria considerablemente más complejo, y esto no proporciono la graduable necesidad por la mayoría de las aplicaciones.
En la configuración de poder, una carga de la forma de la actualización podría especificar el mismo registro para el blanco (RT) y el direccionamiento bajo (RA). Si ocurriera esto, el procesador realizaría la carga pero suprimiría la actualización. La configuración de PowerPC eliminó este requisito, reconociendo que no hay razón de utilizar la instrucción de la forma de actualización en este caso, porque el procesador desecharía con eficacia el direccionamiento actualizado. En la configuración de PowerPC, este uso de la forma de la actualización no es una operación válida y el resultado es indefinido. Un problema similar existe con una carga de la forma de actualización y las instrucciones del almacenamiento para las cuales el RA sea GPR 0. Si el RA es GPR 0, el cómputo del direccionamiento efectivo utiliza el valor 0 mejor que el contenido de GPR 0. Esta operación es inválida en la configuración de PowerPC y el resultado es indefinido. Otro ejemplo de requisitos suspendidos se ocupa de los campos en los formatos de instrucción que no son necesarios para una instrucción determinada. Por ejemplo, muchos ACCIONAN formatos de instrucción que tienen un dígito binario Rc el ", que controla si el código de condición registra la información de estatus que describe el resultado de la operación. En la configuración de poder, si el dígito binario de Rc es un 1 en una instrucción para la cual esta información de estatus sea inaplicable (por ejemplo, carga y almacenar), la instrucción se ejecuta correctamente, pero la información de estatus consiste en valores indefinidos. La configuración de PowerPC considera tales instrucciones como formas inválidas. " Si el procesador ejecuta una instrucción inválida, el resultado es indefinido, a menos que los requisitos de protección y del privilegio de memoria no se viole. El recurso de sincronización definido en la configuración de poder habría sido muy difícil de poner en ejecución en un ambiente de gerencia de poder y de los procesadores registrados que pudieron ser múltiplos de un no entero del reloj del sistema. La configuración permite más flexibilidad, permitiendo diseños más rentables. Una consecuencia de este acercamiento es que las aplicaciones de PowerPC tendrán normalmente que utilizar un servicio de sistema para obtener el tiempo correcto, porque el uso directo del recurso de la sincronización no será posible sin el conocimiento de las variables de entorno, disponible solamente para el sistema.
Debido al rápido avance de la tecnología del software lógico y de dotación física, la unión entre costo-a-valor de algunas características de la configuración de poder ha cambiado. PowerPC suspendio algunos de los requisitos de la configuración de poder, eliminando los aspectos de la configuración de poder que agregaron la complejidad significativa, que limitaron la velocidad de puestas en práctica, y que restringió el número de las unidades de ejecución que un diseño superescala podría poner. Estas exclusiones crearon deficiencias en la configuración resultante. Además, la configuración de Poder faltaron otras características necesarias para competir en el mercado móvil rápido. Por ejemplo, los procesadores baratos con buen funcionamiento de punto flotante de precisión, y los procesadores para el uso en sistemas simétricos del multiprocesador, no eran posibles con la configuración de poder.
Completando la arquitectura del PowerPC
La configuración de PowerPC agregó las características que corregían ambos conjuntos de deficiencias. En definir las adiciones, los arquitectos definieron características de una manera para evitar la complejidad de la dotación física para manejar errores del software lógico donde estaba fácil que el software lógico evite los errores.
Los arquitectos agregaron un conjunto completo de instrucciones aritméticas de coma flotante de solo-precisión, así como dos instrucciones de convertir valores de punto flotante a los números enteros. Porque la mayoría de estas instrucciones proporcionan la versión de solo-precisión de instrucciones de precisión doble existentes, la complejidad agregada por las nuevas instrucciones es mínima.
Aparte de los cambios al conjunto de instrucciones, los cambios más significativos estaban en el modelo de memoria y la definición de gerencia de memoria. En la configuración de poder, el procesador no mantuvo la memoria de los datos constante con accesos de entrada-salida o alcances de instrucción. El software lógico tuvo que manejar el estado coherente de la memoria para ambas estas áreas. Antes de copiar un área de la memoria al disco, el software lógico tuvo que asegurarse de que cualquier copia modificada del área de memoria que estuviera en la memoria inmediata de los datos había sido escrita en la memoria principal. Antes de que comenzara a leer el disco, el software lógico tuvo que asegurarse de que la memoria inmediata de los datos no contuvo una copia de cualquier parte del área de memoria, y el software lógico tuvo que invalidar cualquier copia del área de memoria en la memoria inmediata de instrucciones antes de recomenzar el programa que solicitó la operación.
Los procesadores tuvieron acceso siempre a memoria principal a través de las memorias inmediatas. Los únicos accesos de memoria que no utilizaron las memorias inmediatas eran accesos a un espacio de direccionamiento separado designado "espacio T=1. " Las operaciones programadas de entrada-salida (PIO) tienen acceso a este espacio de direccionamiento. El modelo de la memoria de PowerPC proporciona mayor flexibilidad. Los atributos se asociaron a cada paginación de la memoria virtual permitiendo que el software lógico controle cómo el sistema realiza accesos. El modelo permite el acceso especulativo a cualquier paginación a menos que tenga un atributo el indicar que contiene la entrada-salida o exhibe otras características reemplazables. Otro atribuye control si una paginación se puede ocultar, necesidad para no ser ocultado, o se puede ocultar con el almacenamiento que son escritos a través a la memoria principal. Esta definición permite asociar entrada-salida en el espacio de memoria principal. La definición también incluyó el estado coherente procesador-acción, liberando el software lógico de la responsabilidad del estado coherente de la memoria con respecto a operaciones de la entrada-salida. Como en el modelo de la memoria de poder, el modelo de la memoria de PowerPC requiere software lógico para mantener la memoria de instrucción constante con memoria de los datos. Los programas que modifican o generan instrucciones deben asegurarse de que las copias ocultas de un área de memoria que contiene las nuevas instrucciones sean constantes con la memoria principal antes de procurar ejecutar esas instrucciones.
POWERPC®vs PENTIUM®
| La PowerPC es una alternativa a la arquitectura x86, con un mejor funcionamiento, a un precio más bajo, y que es compatible con todo el software existente. Proviniendo de compañías con la reputación como Apple, IBM y Motorola esto suena extraordinariamente convincente. La pregunta de el millon es: ¿ Llegará a ser eficiente a mis necesidades la PowerPC ?. Para responder a esta pregunta habrá, que examinar algunas de las ideas que se tienen acerca de la PowerPC, y tratar de aclararlas. Primera idea: La PowerPC es más rápida que la Pentium. Definir "más rápida" a través de las diferentes plataformas de computación seria un engaño porque aislar el Hardware del Software es casi imposible. Los resultados de pruebas rigurosas indican que mientras las máquinas basadas en la PowerPC pueden realizar el trabajo del sistema Pentium en algunas circunstancias, la optimización del Software es crítica. Microsoft Office por ejemplo es una suite más altamente optimizada para la plataforma x86 que para la PowerPC. Al correr Microsoft Windows NT en una Power Macintosh contra una PC, se obtiene una tremenda discrepancia de operación. Para citar sólo un ejemplo, un chequeo de ortografía que es instantáneo en Microsoft Word en una Pentium, toma todo un minuto en una Power Mac; no porque el Hardware de la PC sea más rápido, sino porque Microsoft escribió las rutinas de chequeo diferentes para cada sistema. Esto pudiera cambiar si los desarrolladores de Software se enfocan en optimizar las aplicaciones para la PowerPC, pero como la familia de la x86 tiene un mercado dominante los programadores ponen menos atención a las versiones de sus programas para PowerPC. Con esta situación se anula cualquier ventaja potencial que el Hardware de la PowerPC pudiera ofrecer. Segunda idea: La PowerPC es menos cara que la Pentium. La PowerPC 604 de 133 MHz. Está fabricada en un encapsulado más pequeño que el de la Pentium de 133 MHz, lo que significa que debería costar menos su fabricación. Pero gracias a la política de precios tan agresiva por parte de Intel, esta expectativa no se refleja en el precio al público, por ejemplo: para 1000 unidades el precio de la PowerPC es de $756 y para Pentium es de $694. Tercera idea: La PowerPC corre todo el Software existente?. Verdadero, con reservas, porque para correr aquellos programas no diseñados para la PowerPC se cuenta con emuladores que siguen siendo relativamente lentos y sólo aceptables para aplicaciones de uso no frecuente. Cuarta idea: La arquitectura x86 está perdiendo la delantera?. Últimamente pudiera parecer que esta arquitectura a topado con pared, pero Intel aparenta estar preparado para esa contingencia habiéndose aliado con Hewlett-Packard Co (quienes hacen el procesador PA-RISC usado en las workstations de HP). para construir lo que es presumiblemente alguna clase de chip híbrido que soporte un nuevo set de instrucciones, pero permaneciendo compatible con el código de las x86. Pros y Contras de las Plataformas:La PowerPC hizo su entrada en escena con muchas promesas del apoyo de tres jugadores principales. Este es ciertamente el procesador RISC que tiene la más grande oportunidad de romper el mercado de las workstations, pero como Intel continua con su fabricación de CPU's al alza y los precios a la baja, la PowerPC está muy presionada para competir. Agregemos a esto una limitada selección de Software y de sistemas operativos nativos que reducen el mercado potencial a futuro. Los prospectos de la PowerPC son positivos en los mercados de la Macintosh y Mac-Clone quienes se están retirando de las series de CPU's Motorola 68000. Esta puede ser la llave para que los mercados de Mac-clone y Windows NT basados en la PowerPC sean el empuje que los desarrolladores de Software necesitan para hacer sus aplicaciones bien, asegurándose que serán más rápidos y ofrecerán más operaciones que las de la plataforma x86. |
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