O Microprocessador SuperH

1. O Microprocessador SuperH Grupo 05 Fabio Rogério Piva (016013) Karina Magalhães (016499) Tatiana Al-Chueyr Pereira Martins (017396)

2. 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

3. 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.

4. 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

5. 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

6. 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

7. 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

8. 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

9. 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

10. 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

11. DATAPATH DE UM PROCESSADOR SUPERESCALAR

12. DETALHES DO PROCESSADOR SH7750

13. 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)

14. 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.

15. 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 SuperH • http://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