Skalare Prozessoren - Moderne Prozessorarchitekturen: Prinzipien und ihre Realisierungen - page 63

2 Skalare Prozessoren

Im Folgenden wird beschrieben, wie skalare, d.h. sequentiell arbeitende Prozesso-
ren, aufgebaut sind. Als Beschreibungsmittel werden die sog. Registertransferschal-
tungen verwendet. Sie sind abstrakt genug, um die Strukturen in einem Prozessor
übersichtlich beschreiben und konkret genug, um eine reale Schaltung daraus syn-
thetisieren zu können. Letzteres setzt voraus, dass man die Details, von denen in
einer Registertransferbeschreibung abstrahiert wird (z.B. die Transistorschaltungen
der Komponenten oder der zu verwendende Prozess), gesondert formuliert, was mit
geeigneten Werkzeugen auch automatisch geschehen kann [116, 55, 61, 62].

Im Folgenden steht jedoch nicht die Synthese einer Schaltung, sondern das Ver-
ständnis der Abläufe in einem Prozessor im Vordergrund, weshalb einige Details,
wie z.B. die exakte Definition der in Prozessoren realisierten Zustandsmaschinen
zum Teil unberücksichtigt bleiben. So lässt sich aus den nachfolgenden Register-
transferbeschreibungen auch nicht, wie normalerweise möglich, das Programmier-
modell eines Prozessors ableiten. Angemerkt sei noch, dass der umgekehrte Weg,
vom Programmiermodell auf die Registertransferbeschreibung zu schließen, eben-
falls gangbar ist, jedoch nicht auf eindeutige Weise. Wegen des hohen Abstraktions-
niveaus eines Programmiermodells müssen hierzu nämlich Details ergänzt werden,
die in einem Programmiermodell nicht enthalten sind, wie z.B. die Arbeitsweise
eines Registerspeichers (parallel oder zeitsequentiell arbeitend).

2.1 Streng sequentiell arbeitende Prozessoren

Ein nach dem Kontrollflussprinzip arbeitender Prozessor führt ein Programm aus,
indem er die Befehle nacheinander entsprechend der Reihenfolge verarbeitet, in der
sie im Programm codiert sind. Zwar ist es möglich, aufeinander folgende Befehle,
die nichts miteinander zu tun haben, parallel zu bearbeiten, dies ist jedoch nicht
naheliegend und deutlich komplizierter zu realisieren. In diesem Abschnitt werden
Prozessoren beschrieben, die streng sequentiell arbeiten, die einen Befehl also erst
dann zu verarbeiten beginnen, wenn der unmittelbar vorangehende Befehl vollstän-
dig ausgeführt wurde. Das einfache Verarbeitungsprinzip erlaubt die Beschreibung
zahlreicher grundlegender Details, die insbesondere nicht auf Prozessoren
beschränkt sind, die sequentiell arbeiten. Dies ist die Mehrzahl der heute realisierten
Prozessoren.