Центральные процессоры: Zilog Z80000
32-битный микропроцессор Z80000 фирмы Zilog совместим вверх с 16-битными микропроцессорами Z8001 и Z8002, т.е. может выполнять все их программы. Он представляет собой один из наиболее мощных 32-битных процессоров, конкурирующий с процессором 80386 фирмы Intel, так как содержит внутреннюю кэш-память, устройство управления страничной памятью и 6-каскадный командный конвейер. В итоге производительность процессора Z80000 может достигать 5 млн операций в секунду.
Кроме 16 16-битных рабочих регистров, имевшихся в процессоре Z8001, в процессор Z80000 добавлено также восемь 32-битных рабочих регистров. 16-битные рабочие регистры также объединены в восемь 32-битных регистровых пар, допускающих обращения к паре целиком или к каждой из её 16-битных частей. Восемь из 16-битных рабочих регистров допускают обращения к каждому из своих байтов, поэтому четыре из 32-битных регистровых пар также допускают обращения к каждому из своих байтов. Далее, 32-битные рабочие регистры и регистровые пары объединены в восемь 64-битных регистров, допускающих обращения к каждой из своих 32-битных половин. Понятно, что два из этих 64-битных регистров также допускают обращения к каждому из восьми своих байтов. Такой гибкий регистровый набор микропроцессора Z80000 позволяет очень эффективно объединять элементы данных и разбивать их на составляющие.
Кроме рабочих регистров, микропроцессор Z80000 также имеет 16-битный регистр состояния, 32-битный программный счётчик, 32-битные указатели стека программы и процедуры обработки прерывания, а также четыре 32-битных дескриптора таблицы преобразования и два 32-битных регистра управления внешними по отношению к ЦПУ устройствами. Дескрипторы таблицы преобразования используются устройством управления памятью (УУП)1 для преобразования логических адресов в физические, а регистры управления внешними устройствами – главным образом для управления внутренней кэш-памятью и УУП.
Как и его 16-битные предшественники, процессор Z80000 может работать в двух режимах: обычном и системном. В зависимости от режима работы и других установок в регистре состояния микропроцессора, 32-битный эффективный адрес может трактоваться как линейный адрес (адресация 4 Гбайт памяти без сегментации), как 15-битный номер сегмента и 16-битное смещение, как 7-битный номер сегмента и 24-битное смещение, и как 16-битное смещение в единственном сегменте (старшие 16 бит отсекаются, возможна адресация 64 Кбайт памяти). Эти режимы применяются для совместимости с процессорами групп 80386 (защищённый режим), 80x86 (реальный режим), Z800x и Z80/8080/8085. Естественно, полная совместимость доступна лишь с микропроцессорами группы Z800x. Отметим, что в режимах с сегментацией памяти старший бит эффективного адреса не используется.
Как и в процессоре 80386, УУП процессора Z80000 содержит буфер преобразования, хранящий информацию о 16 последних использованных страницах памяти. Если информация о необходимой странице не находится в буфере преобразования, ЦПУ приходится обращаться к таблицам преобразования в памяти, используя для этого один из четырёх регистров таблиц дескрипторов; затем информация об этой странице передаётся в тот элемент буфера преобразования, к которому дольше всего не было обращения. Это значительно замедляет обращения к памяти в давно не использовавшихся сегментах, поэтому размер буфера преобразования имеет достаточно большое значение для производительности системы в целом. Кроме управления страничной организацией памяти, УУП процессора Z80000 также управляет правами доступа к каждой из страниц памяти и генерирует прерывание ЦП, когда права доступа к памяти нарушаются.
Внутренняя кэш-память процессора Z80000 состоит из 16 элементов длиной 16 байт каждый. Когда ячейка памяти, к которой обращается ЦП, не содержится в кэш-памяти, из смежных с ней ячеек памяти передаётся целый пакет из 16 байт, что оптимизирует процесс считывания из памяти: часто данные находятся в памяти в виде последовательных структур, и при однократном «промахе» мимо структуры она передаётся в кэш-память целиком, что значительно ускоряет её дальнейшую обработку. Так же ускоряется и выборка команд в кэш-память 16-байтными пакетами.
Система команд процессора Z80000 допускает операции как над 32-битными, так и над 64-битными операндами, поэтому процессор Z80000 может быть назван «32-64-битным» процессором, как и выпущенный существенно позднее фирмой Intel процессор Pentium. Некоторые команды, такие как команды ввода-вывода, могут выполняться процессором Z80000 только в системном режиме.
Процессор Z80000 совместим со всеми вспомогательными микросхемами, разработанными для процессоров семейства Z800x и подключаемыми к мультиплексной шине адреса/данных, например, с процессором числовых данных Z8070.
|
