마이크로 오퍼레이션이란 무엇입니까?

컴퓨터는 프로그래밍 언어로 프로그래밍됩니다. 이러한 언어는 일반적으로 사람이 읽을 수 있으며 프로그래머가 컴퓨터가 수행하는 작업을 구성할 수 있습니다. 그런 다음 이 코드를 컴퓨터 지침으로 컴파일해야 합니다. 이에 대한 정확한 세부 사항은 의도된 컴퓨터가 사용하는 Instruction Set Architecture 또는 ISA에 따라 다릅니다. 이것이 Intel 및 AMD의 x86 CPU와 최신 Apple 장치에서 사용되는 ARM CPU에 대해 서로 다른 다운로드 링크가 있는 이유입니다. x86과 ARM의 ISA는 다릅니다. 소프트웨어는 별도로 컴파일해야 합니다. Apple이 보여준 것처럼 멋진 번역 레이어를 구축하는 것이 가능합니다. 그렇게하는 것이 일반적이지 않습니다.

CPU가 제시된 명령을 보고 순서대로 실행한다고 생각할 수 있습니다. CPU가 성능을 최적화하기 위해 즉석에서 항목을 재정렬할 수 있도록 하는 비순차 실행을 포함하여 최신 CPU가 수행하는 많은 트릭이 있습니다. 그러나 꽤 잘 숨겨져 있는 영리한 부분은 마이크로 오퍼레이션입니다.

마이크로 오퍼레이션으로의 파이프라인

기계 코드의 개별 명령어는 명령어 또는 작업이라고 할 수 있습니다. 용어는 상호 교환 가능합니다. Complex Instruction Set Computing 또는 x86과 같은 CISC 아키텍처의 어려움 중 하나는 명령의 길이가 다를 수 있다는 것입니다. 이것은 구체적으로 나타내는 데 사용하는 데이터의 양을 나타냅니다. x86에서 명령은 1바이트만큼 짧을 수도 있고 15바이트만큼 길 수도 있습니다. 이를 고정 길이 4바이트 명령으로 최신 ARM CPU에서 사용하는 표준 RISC-V 아키텍처와 비교해 보십시오.

팁: RISC는 Reduced Instruction Set Computing의 약자입니다.

이러한 구조의 차이가 의미하는 것 중 하나는 RISC 아키텍처가 파이프라인을 효율적으로 수행하기가 훨씬 쉽다는 것입니다. 각 명령에는 서로 다른 하드웨어를 사용하는 작업에 대한 여러 단계가 있습니다. 파이프라이닝은 이러한 단계를 통해 여러 명령을 동시에 실행하며 각 단계에는 정확히 하나의 명령이 있습니다. 파이프라이닝은 효율적으로 사용할 때 상당한 성능 향상을 제공합니다. 파이프라인을 효율적으로 활용하는 핵심 요소 중 하나는 각 단계가 동시에 사용되도록 하는 것입니다. 이렇게 하면 파이프라인을 통해 모든 것이 원활하게 실행됩니다.

모든 명령의 길이가 같기 때문에 RISC 명령은 서로 동일한 처리 시간이 필요한 경향이 있습니다. 그러나 x86과 같은 CISC에서 일부 명령어는 다른 명령어보다 완료하는 데 훨씬 오래 걸릴 수 있습니다. 이는 CPU를 파이프라인할 때 큰 효율성 문제를 야기합니다. 더 긴 명령이 나올 때마다 파이프라인에 더 오래 걸리게 됩니다. 이것은 거품을 일으키고 그 뒤에 있는 모든 것을 지탱합니다. 마이크로 오퍼레이션이 이에 대한 솔루션입니다.

효율적인 마이크로 오퍼레이션

각 명령을 수행할 수 있는 유일한 작업 수준으로 취급하는 대신 마이크로 작업은 새로운 하위 계층을 도입합니다. 각 작업은 많은 마이크로 작업으로 분할될 수 있습니다. 마이크로 작업을 신중하게 설계하면 파이프라인을 최적화할 수 있습니다.

흥미롭게도 이것은 새로운 이점을 제공합니다. 전체 ISA, 예를 들어 x86은 여러 다른 CPU 세대 간에 동일하게 유지되지만 마이크로 작업은 각 세대의 하드웨어에 맞게 맞춤 설계될 수 있습니다. 이는 각 마이크로 작업에 대한 각 파이프라인 단계에서 얼마나 많은 성능을 짜낼 수 있는지에 대한 깊은 이해를 통해 수행할 수 있습니다.

마이크로 작업 초기에는 마이크로 작업에 따라 특정 기능을 활성화하거나 비활성화하는 유선 연결이었습니다. 최신 CPU 설계에서는 재정렬 버퍼에 마이크로 작업이 추가됩니다. CPU가 효율성 중심 재정렬을 수행할 수 있는 것은 바로 이 버퍼입니다. 재정렬되는 것은 실제 지침이 아니라 마이크로 작업입니다.

경우에 따라, 특히 고급 CPU를 사용하면 더 많은 작업을 수행할 수 있습니다. Micro-op fusion은 여러 마이크로 작업이 하나로 결합되는 곳입니다. 예를 들어 간단한 마이크로 연산의 시퀀스는 하나의 더 복잡한 명령으로 수행할 수 있는 작업을 수행할 수 있습니다. 수행되는 마이크로 작업의 수를 줄임으로써 프로세스를 더 빨리 완료할 수 있습니다. 이는 또한 상태 변경 횟수를 줄여 전력 소비를 줄입니다. 전체 명령을 분석하고 보다 효율적인 마이크로 작업 구조로 결합할 수도 있습니다.

일부 CPU는 마이크로 연산 캐시를 사용합니다. 다시 호출하면 재사용할 수 있는 완전히 디코딩된 마이크로 연산 시퀀스를 저장합니다. 일반적으로 이러한 캐시의 크기는 바이트 용량이 아니라 저장할 수 있는 마이크로 작업의 수로 참조됩니다.

결론

마이크로 연산은 명령어 세트의 CPU별 구현입니다. 명령어는 일련의 마이크로 연산으로 해독됩니다. 이러한 마이크로 작업은 보다 효율적으로 파이프라인하기가 훨씬 쉽고 CPU 리소스를 더 잘 활용합니다. 마이크로 연산은 명령어 세트에 하드코딩되지 않으므로 각 CPU 세대의 특정 하드웨어에 맞게 사용자 정의할 수 있습니다. 마이크로 오퍼레이션은 종종 마이크로 오퍼레이션 또는 마이크로 오퍼레이션으로 단축됩니다. 마이크로 접두사의 SI 기호인 그리스 문자 μ( Mu로 발음 )를 사용합니다.