SPARC | ||
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Información | ||
Tipo | plataforma | |
Desarrollador | Sun Microsystems | |
Fabricante |
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Fecha de lanzamiento | 1987 | |
Estandarización | ||
Uso | Escritorio, Servidores | |
SPARC (del inglés Scalable Processor ARChitecture) es una arquitectura RISC big-endian. Es decir, una arquitectura con un conjunto de instrucciones reducidas.
Fue originalmente diseñada por Sun Microsystems en 1985, se basa en los diseños RISC I y II de la Universidad de California en Berkeley que fueron definidos entre los años 1980 y 1982.
La empresa Sun Microsystems diseñó esta arquitectura y la licenció a otros fabricantes como Texas Instruments, Cypress Semiconductor, Fujitsu, LSI Logic entre otros.
SPARC es la primera arquitectura RISC abierta y como tal, las especificaciones de diseño están publicadas, así otros fabricantes de microprocesadores pueden desarrollar su propio diseño.
Una de las ideas innovadoras de esta arquitectura es la ventana de registros que permite hacer fácilmente compiladores de alto rendimiento y una significativa reducción de memoria en las instrucciones load/store en relación con otras arquitecturas RISC. Las ventajas se aprecian sobre todo en programas grandes.
La CPU SPARC está compuesta de una unidad de enteros (IU), que procesa la ejecución básica y una unidad de coma flotante (FPU) que ejecuta las operaciones y cálculos de números reales. La IU y la FPU pueden o no estar integradas en el mismo chip.
Aunque no es una parte formal de la arquitectura, las computadoras basadas en sistemas SPARC de Sun Microsystems tienen una unidad de manejo de memoria (MMU) y un gran caché de direcciones virtuales (para instrucciones y datos) que están dispuestos periféricamente sobre un bus de datos y direcciones de 32 bits.
La arquitectura SPARC tiene cerca de 50 instrucciones enteras, unas pocas más que el anterior diseño RISC, pero menos de la mitad del número de instrucciones enteras del 6800 de Motorola.
Las instrucciones de SPARC se pueden clasificar en cinco categorías:
Un rasgo único caracteriza al diseño SPARC, es la ventana con solape de registros. El procesador posee mucho más que 32 registros enteros, pero presenta a cada instante 32. Una analogía puede ser creada comparando la ventana de registros con una rueda rotativa. Alguna parte de la rueda siempre está en contacto con el suelo; así al girarla tomamos diferentes porciones de la rueda (el efecto es similar para el overlap de la ventana de registros). El resultado de un registro se cambia a operando para la próxima operación, obviando la necesidad de una instrucción Load y Store extra.
Se acordó para la especificación de la arquitectura, poder tener 32 registros "visibles" divididos en grupos de 8.
Los registros globales son "vistos" por todas las ventanas, los locales son solo accesibles por la ventana actual y los registros de salida se solapan con los registros de entrada de la ventana siguiente (los registros de salida para una ventana deben ponerse como registros de entrada para la próxima, y deben estar en el mismo registro).
El puntero de ventana mantiene la pista de cual ventana es la actualmente activa. Existen instrucciones para "abrir" y "cerrar" ventanas, por ejemplo para una instrucción "call", la ventana de registros gira en sentido antihorario; para el retorno desde una instrucción "call", esta gira en sentido horario.
Una interrupción utiliza una ventana fresca, es decir, abre una ventana nueva. La cantidad de ventanas es un parámetro de la implementación, generalmente 7 u 8.
La alternativa más elaborada para circundar lentamente la ventana de registros es colocar los registros durante el tiempo de compilación. Para lenguajes como C, Pascal, etc., esta estrategia es difícil y consume mucho tiempo. Por lo tanto, el compilador es crucial para mejorar la productividad del programa.
"Recientes investigaciones sugieren que la ventana de registros, encontradas en los sistemas SPARC pero no en otras máquinas RISC comerciales, están en condiciones de proveer excelente rendimiento para lenguajes de desarrollo como Lisp y Smalltalk." (R. Blau, P.Foley, etc. 1984).
El diseño SPARC soporta un set total de traps o interrupciones. Son manejados por una tabla que soporta 128 interrupciones de hardware y 128 traps de software. Sin embargo las instrucciones de coma flotante pueden ejecutarse concurrentemente con la instrucciones de enteros, los traps de coma flotante deben ser exactos porque la FPU provee (desde la tabla) las direcciones de las instrucciones que fracasan.
Algunas instrucciones SPARC son privilegiadas y pueden ser ejecutadas únicamente mientras el procesador esta en modo supervisor. Estas instrucciones ejecutadas en modo protegido aseguran que los programas de usuario no sean accidentalmente alterados por el estado de la máquina con respecto a sus periféricos y viceversa. El diseño SPARC también proporciona protección de memoria, que es esencial para las operaciones multitarea.
El SPARC tiene muchas similitudes con el diseño de Berkeley, el RISC II. Semejante al RISC II, él usa una ventana de registros para reducir el número de instrucciones Load y Store.
Hasta hace poco, las arquitecturas RISC tenían un pobre rendimiento con respecto a los cálculos de coma flotante. Por ejemplo, el IBM 801 implementaba las operaciones de coma flotante por software. Los proyectos de Berkeley, RISC I y RISC II, superaban a una VAX 11/780 en cálculos enteros pero NO en aritmética de coma flotante. Esto también es cierto para el procesador de Stanford, el MIPS. Los sistemas SPARC, en cambio, son diseñados para un rendimiento óptimo en los cálculos de coma flotante y soportan precisión simple, doble y extendida en los operandos y en las operaciones como lo especifica la norma 754 del ANSI/IEEE del estándar sobre coma flotante.El alto rendimiento en los cálculos de coma flotante resulta de la concurrencia de la IU y la FPU. La IU (Integer Unit) hace los "load" y "store" mientras la FPU (Floating Point Unit) ejecuta las operaciones y cálculos.
Los sistemas SPARC consiguen obtener velocidades elevadas como resultado del perfeccionamiento en las técnicas de fabricación de los chips.
El sistema SPARC entrega muy altos niveles de rendimiento. La flexibilidad de la arquitectura hace a los futuros sistemas capaces de obtener muchos mejores tiempos que el de la implementación inicial. Además, la arquitectura abierta hace esto posible por absorber los avances tecnológicos casi tan pronto como estos ocurren.
Utilizado por Sun Microsystems, Cray Research, Fujitsu / ICL y otros.
Esta tabla contiene las especificaciones de ciertos procesadores SPARC: frecuencia (megahertz), versión de la arquitectura, año de lanzamiento, número de hilos (hilos por núcleo multiplicado por el número de núcleos), proceso de fabricación (nanómetros), número de transistores (millones), tamaño de la matriz (mm²), número de pines de entrada/salida, energía disipada (watts), voltaje y tamaños de las cachés de datos, instrucciones, L2 y L3 (kibibytes).
Nombre | Modelo | Frecuencia (MHz) | Versión de Arq. | Año | Total de hilos[nota 1] | Proceso (nm) | Transistores (millones) | Tamaño matriz (mm²) | Pines de ES | Consumo (W) | Voltaje (V) | caché D L1 (KiB) | caché I L1 (KiB) | caché L2 (KiB) | cache L3 (KiB) |
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SPARC | (varios), incluyendo el MB86900[nota 2] | 14,28–40 | V7 | 1987–1992 | 1×1=1 | 800–1300 | ~0,1–1.8 | -- | 160–256 | -- | -- | 0–128 (unificadas) | N/P | N/P | |
microSPARC I (Tsunami) | TI TMS390S10 | 40–50 | V8 | 1992 | 1×1=1 | 800 | 0,8 | 225? | 288 | 2,5 | 5 | 2 | 4 | N/P | N/P |
SuperSPARC I (Viking) | TI TMX390Z50 / Sun STP1020 | 33–60 | V8 | 1992 | 1×1=1 | 800 | 3,1 | -- | 293 | 14,3 | 5 | 16 | 20 | 0-2048 | N/P |
SPARClite | Fujitsu MB8683x | 66–108 | V8E | 1992 | 1×1=1 | -- | -- | -- | 144, 176 | -- | 2,5/3,3V-5,0V, 2,5V-3,3V | 1, 2, 8, 16 | 1, 2, 8, 16 | N/P | N/P |
hyperSPARC (Colorado 1) | Ross RT620A | 40–90 | V8 | 1993 | 1×1=1 | 500 | 1,5 | -- | -- | -- | 5? | 0 | 8 | 128-256 | N/P |
microSPARC II (Swift) | Fujitsu MB86904 / Sun STP1012 | 60–125 | V8 | 1994 | 1×1=1 | 500 | 2,3 | 233 | 321 | 5 | 3,3 | 8 | 16 | N/P | N/P |
hyperSPARC (Colorado 2) | Ross RT620B | 90–125 | V8 | 1994 | 1×1=1 | 400 | 1,5 | -- | -- | -- | 3,3 | 0 | 8 | 128-256 | N/P |
SuperSPARC II (Voyager) | Sun STP1021 | 75–90 | V8 | 1994 | 1×1=1 | 800 | 3,1 | 299 | -- | 16 | -- | 16 | 20 | 1024-2048 | N/P |
hyperSPARC (Colorado 3) | Ross RT620C | 125–166 | V8 | 1995 | 1×1=1 | 350 | 1,5 | -- | -- | -- | 3,3 | 0 | 8 | 512-1024 | N/P |
TurboSPARC | Fujitsu MB86907 | 160–180 | V8 | 1996 | 1×1=1 | 350 | 3,0 | 132 | 416 | 7 | 3,5 | 16 | 16 | 512 | N/P |
UltraSPARC (Spitfire) | Sun STP1030 | 143–167 | V9 | 1995 | 1×1=1 | 470 | 3,8 | 315 | 521 | 30[nota 3] | 3,3 | 16 | 16 | 512-1024 | N/P |
UltraSPARC (Hornet) | Sun STP1030 | 200 | V9 | 1998 | 1×1=1 | 420 | 5,2 | 265 | 521 | -- | 3,3 | 16 | 16 | 512-1024 | N/P |
hyperSPARC (Colorado 4) | Ross RT620D | 180–200 | V8 | 1996 | 1×1=1 | 350 | 1,7 | -- | -- | -- | 3.3 | 16 | 16 | 512 | N/P |
SPARC64 | Fujitsu (HAL) | 101–118 | V9 | 1995 | 1×1=1 | 400 | -- | Multichip | 286 | 50 | 3,8 | 128 | 128 | -- | -- |
SPARC64 II | Fujitsu (HAL) | 141–161 | V9 | 1996 | 1×1=1 | 350 | -- | Multichip | 286 | 64 | 3,3 | 128 | 128 | -- | -- |
SPARC64 III | Fujitsu (HAL) MBCS70301 | 250–330 | V9 | 1998 | 1×1=1 | 240 | 17,6 | 240 | -- | -- | 2,5 | 64 | 64 | 8192 | -- |
UltraSPARC IIs (Blackbird) | Sun STP1031 | 250–400 | V9 | 1997 | 1×1=1 | 350 | 5,4 | 149 | 521 | 25[nota 4] | 2,5 | 16 | 16 | 1024 or 4096 | none |
UltraSPARC IIs (Sapphire-Black) | Sun STP1032 / STP1034 | 360–480 | V9 | 1999 | 1×1=1 | 250 | 5,4 | 126 | 521 | 21[nota 5] | 1,9 | 16 | 16 | 1024–8192 | N/P |
UltraSPARC IIi (Sabre) | Sun SME1040 | 270–360 | V9 | 1997 | 1×1=1 | 350 | 5,4 | 156 | 587 | 21 | 1,9 | 16 | 16 | 256–2048 | N/P |
UltraSPARC IIi (Sapphire-Red) | Sun SME1430 | 333–480 | V9 | 1998 | 1×1=1 | 250 | 5,4 | -- | 587 | 21[nota 6] | 1,9 | 16 | 16 | 2048 | N/P |
UltraSPARC IIe (Hummingbird) | Sun SME1701 | 400–500 | V9 | 1999 | 1×1=1 | 180 Al | -- | -- | 370 | 13[nota 7] | 1,5-1,7 | 16 | 16 | 256 | N/P |
UltraSPARC IIi (IIe+) (Phantom) | Sun SME1532 | 550–650 | V9 | 2000 | 1×1=1 | 180 Cu | -- | -- | 370 | 17,6 | 1,7 | 16 | 16 | 512 | N/P |
SPARC64 GP | Fujitsu SFCB81147 | 400–563 | V9 | 2000 | 1×1=1 | 180 | 30,2 | 217 | -- | -- | 1,8 | 128 | 128 | 8192 | -- |
SPARC64 GP | -- | 600–810 | V9 | -- | 1×1=1 | 150 | 30,2 | -- | -- | -- | 1,5 | 128 | 128 | 8192 | -- |
SPARC64 IV | Fujitsu MBCS80523 | 450–810 | V9 | 2000 | 1×1=1 | 130 | -- | -- | -- | -- | -- | 128 | 128 | 2048 | -- |
UltraSPARC III (Cheetah) | Sun SME1050 | 600 | V9 / JPS1 | 2001 | 1×1=1 | 180 Al | 29 | 330 | 1368 | 53 | 1,6 | 64 | 32 | 8192 | N/P |
UltraSPARC III (Cheetah) | Sun SME1052 | 750–900 | V9 / JPS1 | 2001 | 1×1=1 | 130 Al | 29 | -- | 1368 | -- | 1,6 | 64 | 32 | 8192 | N/P |
UltraSPARC III Cu (Cheetah+) | Sun SME1056 | 1002–1200 | V9 / JPS1 | 2001 | 1×1=1 | 130 Cu | 29 | 232 | 1368 | 80[nota 8] | 1,6 | 64 | 32 | 8192 | none |
UltraSPARC IIIi (Jalapeño) | Sun SME1603 | 1064–1593 | V9 / JPS1 | 2003 | 1×1=1 | 130 | 87,5 | 206 | 959 | 52 | 1,3 | 64 | 32 | 1024 | N/P |
SPARC64 V (Zeus) | Fujitsu | 1100–1350 | V9 / JPS1 | 2003 | 1×1=1 | 130 | 190 | 289 | 269 | 40 | 1,2 | 128 | 128 | 2048 | -- |
SPARC64 V+ (Olympus-B) | Fujitsu | 1650–2160 | V9 / JPS1 | 2004 | 1×1=1 | 90 | 400 | 297 | 279 | 65 | 1 | 128 | 128 | 4096 | -- |
UltraSPARC IV (Jaguar) | Sun SME1167 | 1050–1350 | V9 / JPS1 | 2004 | 1×2=2 | 130 | 66 | 356 | 1368 | 108 | 1,35 | 64 | 32 | 16384 | N/P |
UltraSPARC IV+ (Panther) | Sun SME1167A | 1500–2100 | V9 / JPS1 | 2005 | 1×2=2 | 90 | 295 | 336 | 1368 | 90 | 1,1 | 64 | 64 | 2048 | 32768 |
UltraSPARC T1 (Niagara) | Sun SME1905 | 1000–1400 | V9 / UA 2005 | 2005 | 4×8=32 | 90 | 300 | 340 | 1933 | 72 | 1,3 | 8 | 16 | 3072 | N/P |
SPARC64 VI (Olympus-C) | Fujitsu | 2150–2400 | V9 / JPS1 | 2007 | 2×2=4 | 90 | 540 | 422 | -- | 120 | -- | 128x2 | 128x2 | 6144 | N/P |
UltraSPARC T2 (Niagara 2) | Sun SME1908A | 1000–1600 | V9 / UA 2007 | 2007 | 8×8=64 | 65 | 503 | 342 | 1831 | 95 | 1,1–1,5 | 8 | 16 | 4096 | N/P |
UltraSPARC T2 Plus (Victoria Falls) | Sun SME1910A | 1200–1600 | V9 / UA 2007 | 2008 | 8×8=64 | 65 | 503 | 342 | 1831 | - | - | 8 | 16 | 4096 | N/P |
SPARC64 VII (Jupiter)[1] | Fujitsu | 2400–2880 | V9 / JPS1 | 2008 | 2×4=8 | 65 | 600 | 445 | -- | 150 | -- | 64x4 | 64x4 | 6144 | N/P |
UltraSPARC "RK" (Rock)[2] | Sun SME1832 | 2300 | V9 / -- | canceled[3] | 2×16=32 | 65 | ? | 396 | 2326 | ? | ? | 32 | 32 | 2048 | ? |
SPARC64 VIIIfx (Venus)[4][5] | Fujitsu | 2000 | V9 / JPS1 | 2009 | 1x8=8 | 45 | 760 | 513 | 1271 | 58 | ? | 32x8 | 32x8 | 6144 | N/P |
SPARC T3 (Rainbow Falls) | Oracle/Sun | 1650 | V9 / UA _?_ | 2010 | 8×16=128 | 40[6] | ???? | 371 | ? | 139 | ? | 8 | 16 | 6144 | none |
SPARC64 VII+ (Jupiter-E or M3)[7][8] | Fujitsu | 2667-3000 | V9 / JPS1 | 2010 | 2x4=8 | 65 | - | - | - | 160 | - | 64x4 | 64x4 | 12288 | N/P |
MCST-4R | MCST (Russia) | 750-1000 | V9 | 2010 | 1x4=4 | 90 | 150 | 115 | - | 15 | 1 | 32 | 16 | 2048 | N/P |
SPARC T4 (Yosemite Falls)[9] | Oracle | 2850-3000 | V9 / OSA2011? | 2011 | 8×8=64 | 40 | 855 | 403 | ? | 240 | ? | 16x8 | 16x8 | 128x8 | 4096 |
SPARC64 IXfx[10][11] | Fujitsu | 1850 | V9 / JPS1? | 2012 | 1x16=16 | 40 | 1870 | 484 | 1442 | 110 | ? | 32x16 | 32x16 | 12288 | N/P |
SPARC64 X | Fujitsu | ????-3000 | V9 / JPS | 2012 | 2x16=32 | 28 | 2950 | 587,5 | 1500 | ? | ? | 64x16 | 64x16 | 24576 | N/P |
SPARC T5 | Oracle | 3600 | V9 / OSA2011? | 2013 | 8×16=128 | 28 | ? | ? | ? | ? | ? | 16x8 | 16x8 | 128x16 | 8192 |
SPARC M5 | Oracle | 3600 | V9 / OSA2011? | 2013 | 8×6=48 | 28 | ? | ? | ? | ? | ? | 16x6 | 16x6 | 128x6 | 49152 |
SPARC M6 | Oracle | 3600 | V9 / OSA2011? | 2013 | 8×12=96 | 28 | ? | ? | ? | ? | ? | 16x12 | 16x12 | 128x12 | 49152 |
Nombre (codename) | Modelo | Frecuencia (MHz) | Versión Arq. | Año | Total de hilos[nota 1] | Proceso (nm) | Transistores (millions) | Tamaño matriz (mm²) | Pines de ES | Consumo (W) | Voltaje (V) | caché D L1 (KiB) | caché I L1 (KiB) | caché L2 (KiB) | cache L3 (KiB) |
Notas:
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