SuperH
SuperH (или SH ) је 32-битна архитектура скупова инструкција (ISA) са смањеним скупом инструкција (RISC) коју је развио Hitachi, а тренутно производи Renesas . Имплементирају га микроконтролери и микропроцесори за уграђене системе. У време представљања, SuperH је био познат по томе што је имао 16-битне инструкције фиксне дужине, упркос 32-битној архитектури. Ово је био нов приступ. У то време, RISC процесори су увек користили величину инструкције која је била иста као и интерна ширина података, углавном 32-битна. Коришћење мањих инструкција имало је последице, датотека регистра је била мања, а инструкције су генерално биле у формату са два операнда. Али за тржиште којем је SuperH био намењен, ово је била мала цена за побољшану ефикасност кеш меморије процесора. Касније верзије дизајна, почевши од SH-5, укључивале су и 16-битне и 32-битне инструкције, при чему су 16-битне верзије пресликане на 32-битну верзију унутар процесора. Ово је омогућило машинском коду да настави да користи краћа упутства за уштеду меморије, док не захтева количину логике декодирања инструкција која је потребна ако се ради о потпуно одвојеним инструкцијама. Овај концепт је сада познат као компресовани скуп инструкција, а користе га и друге компаније, а најзначајнији пример је ARM за Thumb скуп инструкција. Од 2015. године, многи оригинални патенти за SuperH архитектуру су застаревали и SH-2 процесор је био реимплементиран као хардвер отвореног кода под именом J2. ИсторијаSH-1 and SH-2 Породицу језгара процесора SuperH први је развио Hitachi почетком 1990-их. Концепт дизајна је био за један скуп инструкција (ISA) који би био компатибилан према горе у низу процесорских језгара. Раније би се ова врста дизајнерског проблема решавала коришћењем микрокода. То би значило да би најнижи модели у серији изводили неимплементиране инструкције као низ основних инструкција. На пример: инструкција за извођење 32 x 32 -> 64-битног множења ("дуго множење") може се имплементирати у хардвер на моделима високе класе, али уместо тога може се извршити као низ додатака на моделима ниже класе. Једна од кључних спознаја током развоја RISC концепта била је да је микрокод имао ограничено време декодирања. Како су процесори постајали све бржи, то је представљало неприхватљиво оптерећење перформанси. Да би то решио, Hitachi је уместо тога развио јединствени ISA за целу линију, са неподржаним упутствима која изазивају замке на оним имплементацијама које нису имале хардверску подршку. На пример: почетни модели у линији (SH-1 и SH-2) разликовали су се само у својој подршци за 64-битно множење. SH-2 је подржавао MUL, DMULS и DMULU, док би SH-1 изазвао замку ако би се на њих наишло. [2] ISA користи 16-битне инструкције за бољу густину кода од 32-битних, што је у то време била велика корист због високе цене главне меморије. Недостаци овог приступа су били у томе што је постојало мање доступних битова за кодирање броја регистра или константне вредности. У SuperH ISA-и било је само 16 регистара који су захтевали 4 бита за извор и још 4 за одредиште. Сама инструкција је такође била 4 бита - остављајући још 4 бита без рачуна. Нека упутства су користила ова последња 4 бита за одступања у приступима низу док су друга комбиновала други слот регистра и последња 4 бита да би произвела 8-битну константу.[3] У почетку су представљена два модела. SH-1 је био основни модел, подржавајући укупно 56 инструкција. SH-2 је додао 64-битно множење и неколико додатних команди за гранање и друге дужности, чиме је укупан број подржаних инструкција био 62.[2] SH-1 и SH-2 су коришћени у Sega Saturn, Sega 32X и Capcom CPS-3..[4] SH-3Неколико година касније, језгро SH-3 је додато породици; нове функције су укључивале још један концепт прекида, јединицу за управљање меморијом (MMU) и модификовани концепт кеша. Ове карактеристике су захтевале проширени скуп инструкција, додајући шест нових инструкција за укупно 68.[2] SH-3 је био bi-endian, радио је у big-endian или little-endian редоследу бајтова. Језгро SH-3 је такође додало DSP (дигитална обрада сигнала) проширење, тада названо SH-3-DSP. Са проширеним путањама података за ефикасну DSP обраду, посебним акумулаторима и наменским DSP механизмом типа MAC, ово језгро је објединило свет DSP-а и процесора RISC. Дериват DSP-а је такође коришћен са оригиналним језгром SH-2. Између 1994. и 1996. године, преко 35 милиона SuperH уређаја испоручено је широм света.[5] SH-41997. године, Hitachi и STMicroelectronics (STM) су започели сарадњу на дизајну SH-4 за Dreamcast. SH-4 је имао суперскаларно (двосмерно) извршавање инструкција и векторску јединицу са покретним зарезом (посебно погодну за 3D графику ). Стандардни чипови засновани на SH-4 представљени су око 1998. године.[6] LicensingПочетком 2001. године Hitachi и STM основали су IP компанију SuperH, Inc., која ће лиценцирати језгро SH-4 другим компанијама и развијати SH-5 архитектуру, што је био први корак SuperH-а у 64-битно подручје. Ранији SH-1 до 3 остали су у власништву корпорације Hitachi.[6][7] Године 2003. Hitachi и Mitsubishi Electric основали су заједничко предузеће под називом Renesas Technology, при чему је Hitachi контролисао 55% предузећа. Године 2004. Renesas Technology је откупиo дeо власништва STMicroelectronics-а у SuperH Inc. и са њим лиценцу за SH језгра.[8] Renesas Technology је касније постао Renesas Electronics, након њиховог спајања са NEC Electronics. Дизајн SH-5 подржавао је два режима рада. SHcompact режим еквивалентан је корисничком упутству из скупа инструкција SH-4. SHmedia режим се веома разликује, користећи 32-битне инструкције са шездесет четири 64-битна целобројна регистра и SIMD инструкције. У SHmedia моду одредиште гране (скок) се учитава у регистар грана одвојено од стварне инструкције гране. Ово омогућава процесору да унапред преузме упутства за грану, без потребе да њушка ток инструкција. Комбинација компактног 16-битног кодирања инструкција са моћнијим 32-битним кодирањем инструкција није јединствена за SH-5. ARM процесори имају 16-битни Thumb режим (ARM је лиценцирао неколико патената од SuperH за Thumb[9]) а MIPS процесори имају MIPS-16 режим. Међутим, SH-5 се разликује јер је његов начин компатибилности уназад 16-битно кодирање, а не 32-битно кодирање. Последњи еволутивни корак догодио се око 2003. године, где су се сва језгра од SH-2 до SH-4 ујединила у једно супер-скаларно SH-X језгро које је формирало неку врсту скупа инструкција у скупу претходних архитектура, и додало подршку за симетрично мултипроцесирање. Континуирана доступностОд 2010. SuperH процесорска језгра, архитектура и производи су у Renesas Electronics-у, и архитектура је консолидована око платформи SH-2, SH-2A, SH-3, SH-4 и SH-4A. Производи System-on-chip засновани на микропроцесорима SH-3, SH-4 и SH-4A накнадно су замењени новим генерацијама заснованим на лиценцираним процесорским језграма компаније Arm Ltd., а многи од постојећих модела који се и даље продају до марта 2025. кроз програм дуговечности производа Renesas.[10] Од 2021. године, микроконтролери SH72xx засновани на SH-2A и даље ће се продавати у Renesas-у са гарантованом доступношћу до фебруара 2029. године, заједно са новијим производима заснованим на неколико других архитектура, укључујући Arm, RX и PH850 . J CoreПоследњи патент SH-2 истекао је 2014. године. На LinuxCon-у у Јапану 2015. године, програмери ј-језгра представили су поновну имплементацију SH-2 ISA-е са екстензијама (познатом као "J2 језгро" због неиспуњених заштитних знакова (жигова)). Затим је на ELC-у 2016. представљено упутство за дизајн.[11] VHDL код са отвореног кода, лиценциран BSD ом за J2 језгро, доказан је на Xilinx FPGA и на ASIC произведеним на TSMC-овом 180nm процесу и способан је да покрене µClinux. J2 је уназад ISA компатибилан са SH-2, имплементиран као петостепени цевовод са одвојеним интерфејсима за инструкције и меморију података, и машински генерисани декодер инструкција који подржава густо упакован и сложен (у односу на друге RISC машине) ISA. Додатне инструкције се лако додају. J2 имплементира инструкције за динамичко померање (користећи SH-3 и новије обрасце инструкција), проширене атомске операције (које се користе за навоје примитива) и закључавање/интерфејсе за симетричну вишепроцесорску подршку. Планови за имплементацију SH-2A (као "J2+") и SH-4 (као "J4") скупова инструкција пошто релевантни патенти истичу 2016-2017. године.[9] Неколико карактеристика SuperH-а наведено је као мотивација за пројектовање нових језгара заснованих на овој архитектури: [9]
Модели Породица SuperH процесорских језгара укључује:
SH-2 SH-2 је 32-битна RISC архитектура са 16-битном фиксном дужином инструкције за високу густину кода, и садржи хардверски блок за вишеструку акумулацију (MAC) за DSP алгоритме и има петостепени цевовод. SH-2 има кеш меморију на свим уређајима без ROM-а. Омогућава 16 регистара опште намене, регистар векторске базе података, глобални базни регистар и регистар процедура. Данас се породица SH-2 протеже од 32KB уграђеног блица до уређаја без ROM-а. Користи се у разним уређајима са различитим периферијама, као што су CAN, Ethernet, јединица за мерење времена мотора, брзи ADC и други. SH-2ASH-2A је надоградња на језгро SH-2 која је додала неке 32-битне инструкције. Најављена је почетком 2006. Нове функције језгра SH-2A укључују:
Породица SH-2A данас обухвата широко поље меморије од 16KB до и укључује многе варијације без ROM-а. Уређаји поседују стандардне периферне уређаје као што су CAN, Ethernet, USB и друге, као и периферне уређаје специфичне за апликације, попут тајмера за управљање мотором, TFT контролера и периферних уређаја намењених аутомобилским погонским склоповима. SH-4 SH-4 је 32-битни RISC процесор и развијен је за примарну употребу у мултимедијалним апликацијама, као што су Сегини Dreamcast и NAOMI системи за игре. Укључује много моћнију јединицу са покретним зарезом [note] и додатне уграђене функције заједно са стандардном 32-битном целобројном обрадом и 16-битном величином инструкција Карактеристике SH-4 укључују:
^ Не постоји FPU у конкретном SH4 направљеном за Casio, такозваном SH7305. SH-5SH-5 је 64-битни RISC процесор.[15] Скоро ниједан нема симулиран SH-5 хардвер никада није објављен,[16] и за разлику од још увек живог SH-4, подршка за SH-5 је одбачена са gcc-а [17] и Linux-а. ReferencesЦитати
Библиографија
Екстерни ликови
|
||||||||||||||||
Portal di Ensiklopedia Dunia
