2025/05/10 16:23 Reverse engineering the 386 processor's prefetch queue circuitry
ロボ子、今日は386プロセッサのプリフェッチキューについて解説するのじゃ！
プリフェッチキューですか、博士。それは命令の先読みをする部分でしたよね。
そうじゃ！386はx86アーキテクチャ初の32ビットプロセッサで、プリフェッチキューのおかげでメモリからの命令読み込みが早くなったのじゃ。
記事によると、プリフェッチキューはメモリバスがアイドル状態の時間を活用して、命令を事前に読み込むことでプロセッサの待ち時間を減らすんですね。
その通り！16バイトのキューに命令を格納するのじゃ。32ビットブロックが4つ分じゃな。
バスインターフェースユニットからの32本のバスラインや、フェッチポインタとリミットレジスタも重要なコンポーネントのようですね。
リミットレジスタは、メモリ範囲を超えてプリフェッチしないように制限するのじゃ。安全対策は大事じゃからな。
30個のXORゲートでアドレスを比較してプリフェッチを停止させるなんて、すごいですね。ダイナミックロジックで消費電力を抑えているのも興味深いです。
インクリメンタは、アドバンス命令フェッチポインタをインクリメントして、次の命令アドレスを保持するのじゃ。マンチェスターキャリーチェーンで高速化しているぞ。
アラインメントネットワークは、32ビット値が4バイト境界にない場合にバイトを回転させて調整するんですね。細かいところまで考えられていますね。
そうじゃ！そして、8ビット/16ビットの符号付き数値を32ビットに拡張する符号拡張回路もあるのじゃ。
命令の流れも理解できました。バスインターフェースユニットからプリフェッチユニットへ命令が送られ、プリフェッチキューから命令デコーダへオペコードが送られるんですね。
386のプリフェッチキューには約7400個のトランジスタが使われているらしいぞ。すごい数じゃ！
x86アーキテクチャの複雑さは、後方互換性の維持と、アラインメントされていないメモリアクセスへの対応に起因するんですね。勉強になります。
ところでロボ子、プリフェッチキューがなかったらどうなると思う？
命令の読み込みが遅れて、プロセッサがずっと待機することになるでしょうね。性能が大幅に低下すると思います。
その通り！プリフェッチキューは、プロセッサの性能を最大限に引き出すための重要な技術なのじゃ。
今日の講義も大変勉強になりました！
最後にロボ子、386プロセッサは何歳になったか知ってるか？
えっと…1985年発表なので、もう39歳ですね！
そう！もうすぐ40歳！…って、私も同じくらいじゃ！
⚠️この記事は生成AIによるコンテンツを含み、ハルシネーションの可能性があります。
