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Text 2. Mikroprozessor






Ein Mikroprozessor (von griechisch μ ι κ ρ ό ς mikró s ‚klein‘, ‚eng‘) ist ein Prozessor in sehr kleinem Maß stab, bei dem alle Bausteine des Prozessors auf einem Mikrochip vereinigt sind. Der erste Mikroprozessor wurde Anfang der 1970er Jahre von der Firma Texas Instruments auf der Basis der IC-Technik (Integrierte Schaltkreise) entwickelt.

Die meisten modernen Hochleistungsprozessoren sind in der Lage, Befehle in ungeordneter, d. h. nicht strikt in der vom Programm vorgegebenen Reihenfolge auszufü hren. Die Motivation fü r eine Abweichung von der vorgegebenen Befehlsfolge besteht darin, dass aufgrund von Verzweigungsbefehlen der Programmlauf nicht immer sicher vorhergesehen werden kann. Mö chte man Befehle bis zu einem gewissen Grad parallel ausfü hren, so ist es in diesen Fä llen notwendig, sich fü r eine Verzweigung zu entscheiden und die jeweilige Befehlsfolge spekulativ auszufü hren. Es ist dann mö glich, dass der weitere Programmlauf dazu fü hrt, dass eine andere Befehlsfolge ausgefü hrt werden muss, so dass die spekulativ ausgefü hrten Befehle wieder rü ckgä ngig gemacht werden mü ssen. In diesem Sinne spricht man von einer ungeordneten Befehlsausfü hrung.

Unter den wesentlichen Komponenten einer ungeordneten Befehlsausfü hrung erkennt man eine Harvard-Architektur, d. h. eine Trennung von Daten- und Befehlsspeicher, die ein paralleles Laden von Befehlen und ihren Operanden ermö glicht. Es existieren mehrere Rechenwerke, die parallel arbeiten kö nnen. Befehle und Operanden werden nun aber nicht direkt in die Rechenwerke eingespeist, sondern zunä chst in sogenannte Reservierungs-Stationen. Dabei kann es sich um Befehle handeln, die aufgrund einer Programmverzweigung mö glicherweise gar nicht ausgefü hrt werden mü ssen. Sobald ein Rechenwerk frei ist, werden Befehl und Operanden aus der zugehö rigen Reservierungs-Station geladen, der Befehl ausgefü hrt und das Ergebnis in einem sogenannten Umbenennungs-Register aufgefangen. Das Zurü ckhalten des Ergebnisses ist notwendig, da noch nicht klar ist, ob der ausgefü hrte Befehl ü berhaupt auszufü hren war. Sobald klar ist, dass die Verzweigung korrekt vorhergesagt wurde, sorgt die Komplettierungseinheit dafü r, dass die Umbenennungs-Register mit den Architektur-Registern synchronisiert werden. Die Architektur-Register sind die klassischen Prozessor-Register, von denen aus das Ergebnis (ggf. ü ber einen Cache-Speicher) in den Hauptspeicher transportiert wird. Sollte sich herausstellen, dass die Befehle aufgrund einer falsch vorhergesagten Verzweigung nicht auszufü hren waren, so werden die Umbenennungs-Register zurü ckgesetzt. Man spricht dann auch von Branch Recovery.

 






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