O Microprocessador SuperH

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

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

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.

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

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 CPU’s considerando o benchmark Drystone

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

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

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

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

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

DATAPATH DE UM PROCESSADOR SUPERESCALAR

DETALHES DO PROCESSADOR SH7750

Classe SH4-MPU

Freqüência de clock 200 MHz

Média de MIPS 360 MIPS (Drhystone 1.1)

Média do Ponto Flutuante 1400 MFLOPS

Pipeline 5 estágios

Superescalar sim

Memória cache para instruções 8 KB

Memória cache para dados 16 KB

Barramento de dados 64 bits

Freqüência do barramento 100 MHz

Largura de banda do barramento 800 MB/seg

Dissipação de energia 1.5 W (com freq. de 200 MHz)

Número de instruções aproximadamente 242

Tamanho das instruções 16 bits

Aplicações Dreamcast da Sega

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)

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.

REFERÊNCIAS

Manual do Hardware das séries SH7750 http://documentation.renesas.com/eng/products/mpumcu/e602124_sh7750.pdf Apresentação Geral do Microcomputador 4Q2004 http://documentation.renesas.com/eng/products/mpumcu/rej13b0001_mcu.pdf Descrição da família SH-4 http://www.superh.com/products/sh4.htm Futuro do SuperH http://www.superh.com/products/future.htm Arquitetura do SuperHhttp://www.superh.com/products/architecture.htm Definição do SuperH http://www.wordiq.com/definition/SuperH Referente ao SH7750 (membro da série SH-4)http://www.segatech.com/technical/cpu/tech_sh4.html