Dijital Simulasyon ve işlemci Tasarımı

Mühendislik ve Bilgisayar Bilimleri, Bölüm 2, 1998 Supervisor – Dr J Sanders Programlama Dilleri, Simulasyon, Düzenleyici ve Simulator, Temel Bileşenler
Sadeleştirilmiş MIPS Komut Seti, Tek Döngülü İşlemci, Çift Döngülü İşlemci, İş Hatlı (Pipelined) İşlemci, Referanslar, Ek-A – İlerleme Raporu

Dijital Simulasyon ve işlemci Tasarımı Giriş

1960’ların ortalarında entegre devrelerin keşfi ve 3. nesil bilgisayarların üretilmesiyle üreticiler daha küçük silikon parçaları üstüne daha çok transistor sığdırmak için yollar arıyorlardı. Tasarımcılar bu artan bilgisayar gücünü, COBOL-Pascal gibi yüksek seviye dillerle düşük seviye assembly dili arasındaki anlamsal boşluğu doldurma amacıyla daha da karmaşık komut setleri oluşturmak için kullandılar.

Bu sözde karmaşık komut setli bilgisayarlar (CISC Complex Instruction Set Computers), işlemciye oranla çok yavaş olan ana bellekle kıyaslandığında heyecan vericiydi. Bu yapıda, örneğin ikilik sistemden onluk sisteme çeviri gibi genel bir fonksiyonun, yavaş kütüphane rutinlerinden çağrılması yerine basitçe yeni bir komut ekleniyordu.

1970’lerde işler değişmeye başladı. Öncelikle yarı-iletken RAM bellekleri artık ROM’lardan 10 kat daha yavaş değildi. Ayrıca bu karmaşık mikrokodları yazmak, debug etmek ve bakım yapmak giderek zorlaşan bir iş oluyordu – mikrokodda bir bug bütün yüklenmiş ROM’ların değişmesi anlamını taşıyor. Üçüncü olarak Tanenbaum gibi akademisyenler programların genel yapısını incelediler ve kullanılan komutların ortalama %80’inden fazlasının basit işlemlerden oluştuğunu keşfettiler, if koşulları, prosedür çağırmaları gibi. Görevlerde %95 oranında sağ tarafta ya sadece tek bir operatör bulunuyor ya da hiç bulunmuyordu. Bütün çağırmaların %90’ından fazlasında 5 değişkenden daha azı kullanılıyor ve prosedürlerin %80’inde 4 yerel değişkenden azı bulunuyordu. Bu sonuçların özeti insanların karmaşık kodları yazmıyor olmasıydı.

Daha çok komut daha fazla adresleme noktası demektir ki bu da daha büyük ve yavaş bir yorumlayıcı anlamına gelir. Mikroprogramlama artık bilgisayarların verimliliğini düşüren bir hal almıştı. Bu durum yeni nesil RISC (Reduced Instruction Set Computers – İndirgenmiş Komut Setli Bilgisayar) işlemcilerin, IBM 801 (1975), the Berkley RISC1 (Patterson ve Sequin 1980) ve Stanford MIPS (Hennessy, 1984) habercisi oldu. Hepsinin ortak amacı veriyolundaki işlem süresini azaltmaktı. Tablo 1’de RISC işlemcilerin karakteristik özellikleri sunulmaktadır.

Projenin ana hedefi olan genel kullanımlı, kullanımı kolay bir dijital simulatorun tasarım, yapılma ve test aşamaları net bir şekilde tamamlandı. Bu devrelerin tasarlanmalarını ve simule edilmelerini olanaklı kıldı.

Bir problem hala duruyor ki o da simulasyon hızı. Aynı işi yapan class dosyalarının devrelerin yerine konmasıyla bu konuyla ilgili sorun çözülmüş olsa da bu paketlerin de simulasyon sırasında içeriklerinin görülmesi ve neyin nasıl çalıştığının incelenmesi daha güzel olurdu. Her ne kadar simulatörü hızlandırmak için olası geliştirmeler mümkünse de problemin asıl kaynağı Java’nın bir yorumlama (interpreted) dili oluşudur. Bu yüzden biz aslında Java sanal makinesini simule eden bir bilgisayarda işlemci simulasyonu yapıyoruz. Win 95 için olan Just In Time (JIT) derleyicisinin kullanımı sorunları önemli ölçüde giderdi. Yine de JIT derleyicileri daha az nesne olduğunda çok daha etkili ki bu bizim simulasyon yapımıza uygun olan durum değil. Belki Sun’ın çıkarmayı düşündüğü Hotspot derleyicisi daha başarılı bir performans sunar.

Dijital Simulasyon-İşlemci Tasarımı hakkında detaylı bilgiler.. – Emeği geçen kişilere teşekkürler