Por Dentro da Arquitetura do Pentium 4

Unidades de Despacho e Execução

Como vimos, o Pentim 4 possui quatro portas de envio numeradas de 0 a 3. Cada porta é conectada a uma, duas ou três unidades de execução, como você pode ver na Figura 6.

Figura 6: Unidades de execução e envio.

As unidades marcadas como “clock x2” podem executar duas microinstruções por pulso de clock. As portas 0 e 1 podem enviar duas microinstruções por pulso de clock para essas unidades. Portanto, o número máximo de microinstruções que podem ser enviadas por pulso de clock para serem executadas é seis:

• Duas microinstruções na porta 0;
• Duas microinstruções na porta 1;
• Uma microinstrução na porta 2;
• Uma microinstrução na porta 3.

Tenha em mente que instruções complexas podem levar várias pulsos de clocks para serem processadas. Vamos pegar um exemplo da porta 1, onde a unidade de ponto flutuante está localizada. Enquanto esta unidade está processando uma instrução muito complexa que leva vários pulsos de clock para se executada, a unidade de envio da porta 1 não estará e continuará enviando instruções simples para a ULA (Unidade Lógica e Aritmética) enquanto a FPU estiver ocupada.

Então, apesar de o número máximo que pode ser enviado às unidades de despacho ser seis, na verdade o processador pode ter até sete microinstruções sendo processadas ao mesmo tempo.

Isto explica porque as portas 0 e 1 têm mais do que uma unidade de execução. Se você prestar atenção, a Intel colocou na mesma porta uma unidade rápida junto com pelo menos uma unidade complexa (e lenta). Por isso, enquanto a unidade complexa estiver processando dados, a outra unidade pode continuar recebendo microinstruções da sua porta de despacho correspondente. Como mencionamos anteriormente, a ideia é manter todas as unidades de execução ocupadas ao mesmo tempo.

As duas unidades lógicas e aritméticas de velocidade dupla podem processar duas microinstruções por pulso de clock. As outras unidades precisam de pelo menos um pulso de clock para processarem as microinstruções que elas recebem. Desta forma, a arquitetura do Pentium 4 é otimizada para instruções simples.

Como você pode ver na Figura 6, as portas de envio 2 e 3 são dedicadas a operações de memória: carga (load, leitura de dados da memória) e armazenamento (store, escrita de dados na memória), respectivamente. Nas operações com a memória é interessante notar que a porta 0 é também usada durante operações de armazenamento (veja na Figura 5 e a lista das operações na Figura 6). Em tais operações, a porta 3 é usada para enviar os endereços de memória, enquanto a porta 0 é usada para enviar dados a serem armazenados neste endereço. Este dado pode ser gerado tanto pela ULA quanto pela FPU, dependendo do tipo de dado a ser armazenado (inteiro ou ponto flutuante/SSE).

Na Figura 6 você tem uma lista completa dos tipos de instrução que cada unidade de execução pode processar. FXCH e LEA (Load Effective Address) são duas instruções x86. Na verdade, a implementação da Intel para a instrução FXCH no Pentium 4 causou um surpresa aos especialistas porque nas gerações anteriores dos processadores (Pentium III) e processadores da AMD esta instrução pode ser executada em menos de um pulso de clock, enquanto que no Pentium 4 esta mesma instrução leva alguns pulsos de clock para ser executada.

É isto. Planejamos escrever em breve um tutorial explicando como o os processadores Athlon 64 funcionam, assim você poderá comparar a arquitetura da Intel com a da AMD.