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O Microprocessador SuperH Grupo 05 Fabio Rogério Piva (016013) Karina Magalhães (016499) Tatiana Al-Chueyr Pereira Martins (017396)

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1 O Microprocessador SuperH Grupo 05 Fabio Rogério Piva (016013) Karina Magalhães (016499) Tatiana Al-Chueyr Pereira Martins (017396)

2 ROTEIRO Características Gerais do SuperH Aplicações do SuperH As cinco famílias do SuperH A arquitetura RISC A arquitetura do conjunto de instruções (ISA) do SuperH Vantagens da família SH-4 As 3 classes do SH-4 Características gerais do SH-4 Datapath de um processador superescalar Detalhes do processador SH7750 O pipeline do SH7750 O futuro do SuperH Referências

3 CARACTERÍSTICAS GERAIS DO SUPERH desenvolvido pelo Hitashi como sucessor da família H8, sendo assumido por uma empresa criada com o nome de Super H Inc. que posteriormente foi comprada pela Renesas utilizado no processamento de tarefas multimídia, devido a seu alto desempenho na manipulação de pontos flutuantes baseado no modelo RISC operações sob baixa tensão (MIPS/W); modo de baixo consumo de energia. sistemas operacionais: Windows CE.NET, Linux, RTOS, ITRON, Solaris, VxWorks e QNX.

4 APLICAÇÕES DO SUPERH automóveis (como os carros da BMW e Mercedes) controladores industriais telefones celulares set-top boxes (de TVs digitais) video games (Sega Saturn e Sega Dreamcast) PDAs equipamentos de redes, roteadores câmeras digitais e DVDs outros equipamentos de multimídia

5 AS CINCO FAMÍLIAS DO SUPERH SH-1: 32 bits com freqüência de clock de até 20MHz SH-2: 32 bits com freqüência de clock de até 28.7MHz, usado no videogame Sega Saturn SH-3: 32 bits com freqüência de clock de até 200MHz, incorpora uma MMU e é muito usada em PDAs SH-4: dual issue de 32 bits com vetor de FPU, usado no videogame Dreamcast SH-5: 64 bits com freqüência de clock de até 400MHz e vetor de FPU, possui também um pipeline de 5 estágios Desempenho das diferentes CPUs considerando o benchmark Drystone

6 A ARQUITETURA RISC RISC - Reduced Introduction Set Computer microprocessadores que utilizam o sistema de pipeline (execução de mais de uma instrução em um mesmo ciclo de clock) buscando melhoras de desempenho como o conjunto de instruções da arquitetura RISC é menor do que o da SISC, gerando códigos mais eficientes outros exemplos que apresentam arquitetura RISC são o SPARC da SUN Microsystems e o Alpha da DEC

7 A ARQUITETURA DO CONJUNTO DE INSRUÇÕES (ISA) DO SUPERH a ISA do SuperH teve suas variantes minimizadas para produzir uma plataforma consistente para o desenvolvimento de kernels, sistemas operacionais e aplicativos, buscando portabilidade e otimizando as performances de multimídia Há dois modelos de ISA para o SuperH: - SHcompact: instruções com 16 bits, usadas pelas famílias SH-3, SH-4 e SH-5 - SHmedia: instruções de 32 bits, usadas a partir da família SH-5, composta por um rico conjunto de instruções SIMD (Single Instruction Multiple Data) direcionadas a aplicações de áudio, imagens e vídeo. os dois modelos de ISA para o SuperH são compatíveis entre si

8 VANTAGENS DA FAMÍLIA SH-4 relação custo-benefício que estes processadores apresentam (alta performance a um baixo custo): em 1998 era possível a obtenção de 360 MIPS, 1.4 GigaFLOPS por $30, nos EUA facilidade de produção em larga escala não há necessidade de um sistema de dissipação de calor (cooler), o que reduz o custo, o consumo de energia e o espaço ocupado, além de simplificar muito o projeto a unidade de ponto flutuante (FPU) foi desenvolvida especificamente para realização de operações matemáticas matriciais, otimizando a execução de codecs de video e o processamento de gráficos 3D é o processador usando no Dreamcast da Sega

9 AS 3 CLASSES DO SH-4 SH4-MCU CPU compacta dual issue visam otimizar aplicações multimídia que utilizem-se de codecs de propósito geral (codecs de audio/video de baixa bit rate) SH4-MCU CPU compacta TLB de 64 entradas que reduz o número de acessos à memória uma MMU integrada que oferece suporte à utilização de memória virtual SH4-FPU contém uma unidade de ponto flutuante com um vetor integrado (integrated vector Floating Point Unit), que permite otimizações em operações matriciais

10 CARACTERÍSTICAS GERAIS DO SH-4 superescalar: capaz de executar mais de uma instrução de grupos diferentes em paralelo. Há quatro grupos de instruções: inteiros, inteiros/load/store simples, branch e pontos flutuantes instruções de 16 bits, resultando num código 40% menor que um código equivalente em arquiteturas de 32 bits. Por exemplo, um código de 4 MB em MIPS teria apenas 2,5 MB em SH-4 codificação de 16 bits diminui a largura de banda do cache para instruções, o que permite maior largura de banda no cache para dados e diminui o número de acessos à memória suporta endereçamento virtual e páginas de tamanho variado (1KB, 4KB, 64KB a 1MB) existem diversos produtos desenvolvidos para a família SH-4, como ferramentas para programação em C/C++ baseadas na tecnologia GNU

11 DATAPATH DE UM PROCESSADOR SUPERESCALAR

12 DETALHES DO PROCESSADOR SH7750 ClasseSH4-MPU Freqüência de clock200 MHz Média de MIPS360 MIPS (Drhystone 1.1) Média do Ponto Flutuante1400 MFLOPS Pipeline5 estágios Superescalarsim Memória cache para instruções8 KB Memória cache para dados16 KB Barramento de dados64 bits Freqüência do barramento100 MHz Largura de banda do barramento800 MB/seg Dissipação de energia1.5 W (com freq. de 200 MHz) Número de instruçõesaproximadamente 242 Tamanho das instruções16 bits AplicaçõesDreamcast da Sega

13 O PIPELINE DO SH7750 cinco estágios: Instrução, Codificação, Execução, Acesso à Memória ou Dados e Escrita evitar eventuais hazards (hazards acontecem quando duas instruções não podem ser executadas ao mesmo tempo, pois uma depende do resultado da outra) minimizar a ocorrência de stalls (provocar uma espera que evita que o dado seja lido antes de estar pronto)

14 O FUTURO DO SUPERH atualmente as famílias SH-4 e SH-5 são predominantemente utilizadas nos dispositivos mais rescentes no mercado surgimento de novas variantes das famílias SH-4 e SH-5, com maior freqüência de clock, operando com baterias e novas instruções SIMD para que o SH-5 suporte novos algoritmos pesquisa de duas novas famílias -- a SH-6 e a SH-7 -- mas ainda é muito cedo para dizer qualquer coisa a seu respeito Talvez possamos em breve presenciar uma nova geração de videogames, PDAs e sistemas de multimídia com processadores SuperH.

15 REFERÊNCIAS Manual do Hardware das séries SH _sh7750.pdf Apresentação Geral do Microcomputador 4Q _mcu.pdf 001_mcu.pdf Descrição da família SH-4 Futuro do SuperH Arquitetura do SuperH Definição do SuperH Referente ao SH7750 (membro da série SH-4)


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