Fairchild Clipper

Z Multimediaexpo.cz

Fairchild Clipper je 32-bitový RISC mikroprocesor firmy Fairchild Semiconductor, který jako jeden z prvních v sobě kombinoval RISC a CISC architekturu. Na frekvenci 33 MHz dosahoval výkonu 6 až 20 MIPS. V letech 1986-1987, kdy došlo k zavedení na trh, byly RISC procesory Clipper C100 (první generace) a Clipper C300 (druhá generace) jedinou ucelenou sadou čipů poskytujících všechny klíčové systémové funkce - CPU, jednotku pohyblivé řádové čárky FPU, správce paměti MMU a vyrovnávací paměť. Procesor Clipper je původně realizován trojicí integrovaných obvodů. Sestava se skládá z procesoru a jednotky pohyblivé řádové čárky (integrovaných na jednom čipu) a ze dvou čipů obsahujících vždy vyrovnávací paměť a jednotku správy paměti (Cache plus Memory Management Unit - CAMMU).

Základem CPU je třístupňová zřetězená celočíselná výkonná jednotka (Execution Unit) a jednotka pohyblivé řádové čárky, která pracuje ve standardu IEEE 754. Každý obvod CAMMU obsahuje MMU s vlastní vyrovnávací pamětí určenou pro transformační tabulku adres - Translation Lookaside Buffer, vyrovnávací paměť 4 kB a řídící logiku této paměti. Jednotka FPU může pracovat současně s výkonnou jednotkou a také jednotka správy paměti může pracovat současně s operacemi ve vyrovnávací paměti.

Vysoká výkonnost procesoru Clipper (na tehdejší dobu) je primárně odvozena od vnitřní architektury. Příčiny, které se podstatnou mírou podílejí na dosažení vysokého výkonu procesoru Clipper, lze rozdělit do dvou skupin:

• Aplikace rychlé vyrovnávací paměti - dvě vyrovnávací paměti (4 KB každá, jedna pro data a druhá pro instrukce), implementace několika technik správy vyrovnávací paměti, řádková vyrovnávací paměť o velikosti čtyř slov.
• Použití principů zřetězení - třístupňové zřetězení instrukcí, duální výkonná jednotka (pevná i pohyblivá řádová čárka) a implementace mechanismů správy prostředků.

Právě díky vyrovnávacím pamětem došlo až k pětinásobnému snížením přístupové doby do paměti. O další urychlení přenosu dat mezi procesorem a hlavní pamětí se postarala dvojice nezávislých sběrnic pro data a instrukce, které spojují CPU obvod s obvody CAMMU. Ačkoliv je základní kmitočet procesoru Clipper 33 MHz, CPU je schopno aktivovat paměťový přístup každých 30 ns i při instalaci operační paměti DRAM s dobou přístupu až 500 ns. To je zajištěno hierarchicky uspořádaným paměťovým systémem.

Instrukční soubor procesoru Clipper se skládá ze 101 instrukcí, které jsou vykonávány přímo technickými prostředky procesoru, a ze 67 makroinstrukcí, které jsou určeny pro operace nad 10 podporovanými datovými typy. Tyto instrukce jsou vykonávány mikroprogramem. Každá instrukce specifikuje druh operace, typ a umístění operandů. Primitivní datové typy (10) mohou být použity při výstavbě složitých datových struktur. Technická podpora různých způsobů adresování hlavní paměti zjednodušuje operace s těmito datovými strukturami.

Celý instrukční soubor byl přitom navržen tak, aby dokázal současně provádět protichůdné RISC i CISC operace - vykonávat instrukce v jednom strojovém cyklu (jednoduché RISC instrukce) i podporovat na strojové úrovni konstrukce vyšších jazyků (složité instrukce typu CISC). Výsledkem je přitažlivý kompromis stojící na hranici dvou soupeřících architektur.

Procesor Clipper obsahuje 32 všeobecně určených 32 bitových registrů. Každý z nich může být použit pro libovolnou operaci, jak datovou, tak adresovou. Procesor nemá speciální registry pro výpočet adres operandů. Na základě nastaveného režimu činnosti procesoru (uživatelský režim nebo režim systémový) je dostupná polovina z těchto registrů. Navíc procesor obsahuje osm 64 bitových registrů (!) pro operace v pohyblivé řádové čárce.

Intergraph Clipper System

Když byla v roce 1988 celá architektura Clipper prodána firmě Intergraph, došlo k dalšímu zajímavému vývoji. V roce 1990 byl na trh uveden finální model procesoru - Clipper C4 (C400), který byl až třikrát výkonnější než druhá generace (C300) a stal se základem pro několik generací Clipper systémů (serverů i pracovních stanic). Tyto systémy byly primárně zaměřeny na velký rozvíjející se trh CADu.

Slibný vývoj však netrval moc dlouho. 22. března 1993 byl představen výrazně lepší procesor - Pentium od společnosti Intel, která dokázala plně využít své silnější pozice a nástupu nového operačního systému Windows NT. Intergraph se ještě pokusil vytvořit verzi Microsoft Windows NT pro Clipper systemy, ale to již byla labutí píseň. Reálné podmínky na trhu byly příliš tvrdé, a proto byl vývoj Windows NT pro Clipper systemy zrušen ještě před dokončením. Mateřská firma nakonec odsunula svůj Clipper C400 do historie, a začala prodávat systémy s konkurečními procesory Intelu.

Externí odkazy

• Fairchild Clipper OPUS 300 PM (anglicky)
• THE FAIRCHILD CLIPPER (anglicky, PDF, 1.83 MB)
• Design and Implementation Trade-Offs in the Clipper C400 Architecture (anglicky)
• Pokus Intergraphu o implementaci systému Windows NT (anglicky)

Náklady na energie a provoz naší encyklopedie prudce vzrostly. Potřebujeme vaši podporu... Kolik ?? To je na Vás. Náš FIO účet — 2500575897 / 2010