باور إي إس إيه

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة
مخطط تخطيطي عالي المستوى لمعالج Power ISA عام

تُعدّ Power ISA بنيةً معماريةً لمجموعة تعليمات RISC (ISA) مُصغّرة ، تُطوّرها حاليًا مؤسسة OpenPOWER بقيادة IBM . وقد طُوّرت في الأصل من قِبل IBM ومجموعة Power.org الصناعية التي لم تعد موجودة. تُمثّل Power ISA تطورًا لـ PowerPC ISA، حيث نشأت من دمج PowerPC ISA الأساسية مع Book E الاختياري للتطبيقات المُدمجة. وقد قاد مؤسسا Power.org، وهما IBM و Freescale Semiconductor ، عملية دمج هذين المكوّنين في عام 2006 .

قبل الإصدار 3.0، كانت مجموعة تعليمات المعالج (ISA) مقسمة إلى عدة فئات. تُنفذ المعالجات مجموعة من هذه الفئات حسب متطلبات مهامها . تتطلب فئات المعالجات المختلفة تنفيذ فئات معينة، فعلى سبيل المثال، يتضمن معالج فئة الخادم الفئات التالية: الأساسي ، والخادم ، والفاصلة العائمة ، و 64 بت ، وما إلى ذلك. تُنفذ جميع المعالجات الفئة الأساسية.

تُعدّ بنية Power ISA بنية تحميل/تخزين RISC . وهي تحتوي على مجموعات متعددة من المسجلات :

  • سجلات الأغراض العامة (GPRs) 32 × 32 بت أو 64 بت لعمليات الأعداد الصحيحة .
  • 64 × 128 بت سجلات متجهة قياسية (VSRs) لعمليات المتجهات وعمليات الفاصلة العائمة .
    • 32 × 64 بت سجلات الفاصلة العائمة (FPRs) كجزء من VSRs لعمليات الفاصلة العائمة.
    • 32 × 128 بت سجلات متجهة (VRs) كجزء من VSRs لعمليات المتجهات.
  • 8 × 4 بت حقول سجل الحالة (CRs) للمقارنة وتدفق التحكم .
  • 11 سجلًا خاصًا بأحجام مختلفة: سجل العداد (CTR)، سجل الارتباط (LR)، قاعدة الوقت (TBU، TBL)، قاعدة الوقت البديلة (ATBU، ATBL)، المُراكم (ACC)، سجلات الحالة (XER، FPSCR، VSCR، SPEFSCR).

يبلغ طول التعليمات حتى الإصدار 3.0، 32 بتًا، باستثناء مجموعة VLE (ترميز الطول المتغير) التي توفر كثافة رمزية أعلى للتطبيقات المدمجة منخفضة الأداء، والإصدار 3.1 الذي أدخل البادئات لإنشاء تعليمات 64 بتًا. معظم التعليمات ثلاثية ، أي تحتوي على مُعاملَي مصدر ومعامل وجهة واحد. تدعم هذه التعليمات عمليات الفاصلة العائمة المتوافقة مع معيار IEEE 754 بدقة مفردة ومزدوجة ، بما في ذلك تعليمات الضرب والجمع المدمجة (FMA) وتعليمات الفاصلة العائمة العشرية. كما توفر إمكانية تنفيذ عمليات SIMD ( تعليمات واحدة، بيانات متعددة ) على بيانات الأعداد الصحيحة والفاصلة العائمة لما يصل إلى 16 عنصرًا في تعليمة واحدة.

تدعم بنية Power ISA ذاكرة التخزين المؤقت من نوع Harvard ، أي ذاكرة تخزين مؤقت منفصلة للبيانات والتعليمات ، بالإضافة إلى دعم ذاكرة التخزين المؤقت الموحدة. تقتصر عمليات الذاكرة على التحميل والتخزين، مع إمكانية التنفيذ خارج الترتيب . كما تدعم هذه البنية كلاً من عنونة Big Endian وLittle Endian، مع فئات منفصلة لعنونة Moded Endian وعنونة الصفحة الواحدة، بالإضافة إلى دعم عنونة 32 بت و 64 بت .

تتضمن أنماط التشغيل المختلفة المستخدم والمشرف والمشرف الافتراضي.

فئات

  • الأساس - معظم الكتاب الأول والكتاب الثاني
  • الخادم - الكتاب الثالث-س
  • مُضمّن – الكتاب الثالث-هـ
  • متفرقات – الفاصلة العائمة، المتجهات، معالجة الإشارات، قفل ذاكرة التخزين المؤقت، الفاصلة العائمة العشرية، إلخ.

الكتب

تنقسم مواصفات Power ISA إلى خمسة أجزاء تسمى "كتب":

  • يتناول الكتاب الأول - بنية مجموعة تعليمات المستخدم - مجموعة التعليمات الأساسية المتاحة لمبرمج التطبيقات، بما في ذلك مرجع الذاكرة، والتحكم في التدفق، والأعداد الصحيحة، والأعداد العشرية، والتسريع العددي، وبرمجة مستوى التطبيق. ويتضمن فصولًا تتعلق بوحدات المعالجة المساعدة مثل معالجات الإشارات الرقمية (DSPs) وامتداد AltiVec .
  • الكتاب الثاني - بنية البيئة الافتراضية يحدد نموذج التخزين المتاح لمبرمج التطبيق، بما في ذلك التوقيت والمزامنة وإدارة ذاكرة التخزين المؤقت وميزات التخزين وترتيب البايت.
  • يتضمن الكتاب الثالث - بنية بيئة التشغيل - الاستثناءات، والمقاطعات، وإدارة الذاكرة، ومرافق تصحيح الأخطاء، ووظائف التحكم الخاصة. وينقسم إلى جزأين.
    • الكتاب الثالث-S – يحدد تعليمات المشرف المستخدمة في تطبيقات الأغراض العامة/الخوادم. وهو في الأساس محتويات الكتاب الثالث من مجموعة تعليمات PowerPC السابقة.
    • الكتاب الثالث-هـ – يحدد تعليمات المشرف المستخدمة في التطبيقات المدمجة. وهو مشتق من كتاب باور بي سي السابق (الكتاب هـ).
  • يُعرّف كتاب VLE - بنية التعليمات المشفرة ذات الطول المتغير - تعليمات وتعريفات بديلة من الكتب من الأول إلى الثالث، وهي مُصممة لتطبيقات ذات كثافة تعليمات أعلى وتطبيقات منخفضة التكلفة للغاية. وتستخدم هذه التعليمات تعليمات 16 بت وترتيب البايتات الكبير.

الامتثال

الجديد في الإصدار الثالث من معيار Power ISA هو أنه لا يُشترط على التطبيقات تطبيق المواصفات كاملةً لتكون متوافقة. فقد جعل اتساع نطاق التعليمات والتقنيات المواصفات الكاملة غير عملية، لذا قررت مؤسسة OpenPOWER تمكين التوافق التدريجي.

تتضمن هذه المستويات متطلبات اختيارية وإلزامية. يُسمح للتطبيق المتوافق مع مستوى أدنى باحتواء وظائف إضافية مختارة من مستويات أعلى وامتدادات مخصصة. يُوصى بتوفير خيار لتعطيل أي وظائف إضافية تتجاوز مستوى المجموعة الفرعية المُعلن عنه في التصميم.

يجب أن يكون التصميم متوافقًا على مستوى مجموعته الفرعية المعلنة للاستفادة من حماية المؤسسة فيما يتعلق باستخدام الملكية الفكرية ، سواء كانت براءات اختراع أو علامات تجارية . هذا موضح في اتفاقية ترخيص المستخدم النهائي لـ OpenPOWER. [ 1 ]

يجب أن يتضمن التصميم المتوافق ما يلي: [ 2 ]

  • دعم البنية الأساسية
  • ودعم مجموعة فرعية واحدة على الأقل
    • SFS – مجموعة فرعية للنقاط الثابتة العددية. 129 تعليمة. تعليمات أساسية للنقاط الثابتة وتعليمات التحميل/التخزين، وهي في الواقع البنية الأساسية .
    • SFFS – مجموعة فرعية من العمليات الحسابية ذات الفاصلة الثابتة والفاصلة العائمة. ٢١٤ تعليمة. إضافة عمليات الفاصلة العائمة إلى الأساس.
    • LCS – مجموعة فرعية للتوافق مع لينكس. 962 تعليمة. مخصصة لخوادم لينكس، وتضيف ميزات مثل 64 بت، و SIMD/VSX اختياري، و Radix MMU، ووضع little-endian، ودعم المشرف الافتراضي.
    • مجموعة فرعية للتوافق مع نظام AIX ( ACS ). تتضمن 1099 تعليمة. مصممة لتشغيل نظام AIX، وتضيف ميزات مثل الفاصلة العائمة العشرية والرباعية الدقة، ووضع big-endian، والمعالجة المتعددة المتناظرة.
  • قد تتضمن أيًا من ميزات LCS و ACS كميزات اختيارية أو اختيار من الميزات الاختيارية دائمًا مثل حسابات المصفوفات وإدارة الطاقة.
  • يجب تنفيذ الميزات الاختيارية بالكامل في حال اختيارها (لا يُسمح بالتنفيذ الجزئي للميزة الاختيارية).
  • قد تتضمن هذه الإضافات ملحقات مخصصة، خاصة بالتنفيذ، مُنفذة في بيئة اختبار البنية . إذا كانت الإضافة عامة بما يكفي، تطلب مؤسسة OpenPOWER من المُنفذين تقديمها كطلب تعليقات (RFC) إلى فريق عمل OpenPOWER ISA . تجدر الإشارة إلى أنه ليس من الضروري الانضمام إلى مؤسسة OpenPOWER لتقديم طلبات التعليقات. [ 1 ] : القسم 2.2
  • يمكن تنفيذ الكثير من ذلك إما في الأجهزة أو البرامج الثابتة.

تباين التوافق بين معايير EABI ونظام لينكس

تسبق مواصفات EABI الإعلان عن مجموعات التوافق الفرعية وإنشائها.

فيما يتعلق بمجموعة التوافق مع لينكس التي تتضمن VSX (SIMD) اختياريًا: في عامي 2003-2004، جعل معيار EABI 64 بت الإصدار 1.9 معيار SIMD اختياريًا، [ 3 ] ولكن في يوليو 2015، ولتحسين أداء أنظمة IBM POWER9، أصبح معيار SIMD إلزاميًا في معيار EABI الإصدار 2.0. [ 4 ] لا يمكن تصحيح هذا التناقض بين كون معيار SIMD اختياريًا في مستوى التوافق مع لينكس وإلزاميًا في معيار EABI الإصدار 2.0 إلا ببذل جهد كبير: فعدم التوافق مع الإصدارات السابقة لتوزيعات لينكس ليس خيارًا عمليًا.

تحديد

باور آي إس إيه الإصدار 2.03

تستند مواصفات Power ISA v.2.03 [ 5 ] إلى PowerPC ISA v.2.02 [ 6 ] السابقة في POWER5 +، وإلى امتداد الكتاب E [ 7 ] لمواصفات PowerPC . وقد تضمن الكتاب I خمسة فصول جديدة تتعلق بوحدات المعالجة المساعدة مثل معالجات الإشارات الرقمية (DSPs) وامتداد AltiVec .

نوى متوافقة

باور آي إس إيه الإصدار 2.04

تم الانتهاء من مواصفات Power ISA v.2.04 [ 8 ] في يونيو 2007. وهي تستند إلى Power ISA v.2.03 وتتضمن تغييرات بشكل أساسي على جزء الكتاب الثالث-S فيما يتعلق بالمحاكاة الافتراضية ووظائف المشرف والتقسيم المنطقي ومعالجة الصفحات الافتراضية .

نوى متوافقة
  • جميع النوى التي تتوافق مع الإصدارات السابقة من Power ISA
  • نواة PA6T من شركة PA Semi
  • تيتان من كلية AMCC

باور آي إس إيه الإصدار 2.05

تم إصدار مواصفات Power ISA v.2.05 [ 9 ] في ديسمبر 2007. وهي تستند إلى Power ISA v.2.04 وتتضمن تغييرات في المقام الأول على الكتاب الأول والكتاب الثالث-S ، بما في ذلك تحسينات كبيرة مثل العمليات الحسابية العشرية (الفئة: الفاصلة العائمة العشرية في الكتاب الأول ) وتحسينات برنامج إدارة الخوادم.

نوى متوافقة

باور آي إس إيه الإصدار 2.06

صدرت مواصفات Power ISA v.2.06 [ 10 ] في فبراير 2009، وتم تنقيحها في يوليو 2010. [ 11 ] وهي مبنية على Power ISA v.2.05 وتتضمن إضافات لمعالج POWER7 ونواة e500-mc . ومن أبرز الميزات الجديدة تعليمات الفاصلة العائمة المتجهة العددية ( VSX ). [ 12 ] كما يتضمن الكتاب III-E تحسينات كبيرة لمواصفات الأنظمة المدمجة فيما يتعلق بالمشرف الافتراضي والمحاكاة الافتراضية في تطبيقات النواة الواحدة والمتعددة.

تمت مراجعة المواصفات في نوفمبر 2010 إلى مواصفات Power ISA v.2.06 revision B، مما أدى إلى تحسين ميزات المحاكاة الافتراضية. [ 11 ] [ 13 ]

نوى متوافقة

باور آي إس إيه الإصدار 2.07

صدرت مواصفات Power ISA v.2.07 [ 14 ] في مايو 2013. وهي مبنية على Power ISA v.2.06، وتتضمن تحسينات كبيرة على وظائف التقسيم المنطقي ، والذاكرة المعاملاتية ، ومراقبة الأداء الموسعة، وميزات جديدة للتحكم في التخزين، وإضافات إلى مرافق VMX وVSX المتجهة (VSX-2)، بالإضافة إلى امتدادات التشفير AES [ 14 ] : 257 [ 15 ] و Galois Counter Mode (GCM)، وSHA-224، وSHA-256 [ 14 ] : 258، وSHA-384، وSHA-512 [ 14 ] : 258 ( SHA-2 )، وخوارزميات التحقق من التكرار الدوري (CRC) . [ 16 ]

تمت مراجعة المواصفات في أبريل 2015 لتصبح مواصفات Power ISA v.2.07 B. [ 17 ] [ 18 ]

نوى متوافقة
  • جميع النوى التي تتوافق مع الإصدارات السابقة من Power ISA
  • باور 8
  • A2O

باور آي إس إيه الإصدار 3.0

صدرت مواصفات Power ISA v.3.0 [ 19 ] [ 20 ] في نوفمبر 2015. وهي أول إصدار يصدر بعد تأسيس مؤسسة OpenPOWER، وتتضمن تحسينات لمجموعة واسعة من أحمال العمل، كما أنها تزيل فئتي الخوادم والأنظمة المدمجة مع الحفاظ على التوافق مع الإصدارات السابقة، وتضيف دعمًا لتعليمات VSX-3. تشمل الوظائف الجديدة عمليات الفاصلة العائمة رباعية الدقة 128 بت، ومولد أرقام عشوائية ، وجمع البيانات المهملة بمساعدة الأجهزة، والحوسبة الموثوقة المدعومة بالأجهزة.

تمت مراجعة المواصفات في مارس 2017 لتصبح مواصفات Power ISA v.3.0 B، [ 17 ] [ 21 ] ثم نُقحت مرة أخرى إلى v3.0C في مايو 2020. [ 17 ] [ 22 ] [ 23 ] يتمثل أحد التغييرات الرئيسية بين الإصدارين v3.0 و v3.0B في إزالة دعم جمع البيانات المهملة بمساعدة الأجهزة. ويكمن الاختلاف الأساسي بين الإصدارين v3.0B و v3.0C في إضافة مستويات التوافق المذكورة في الإصدار v3.1 إلى الإصدار v3.0C أيضًا.

نوى متوافقة

باور آي إس إيه الإصدار 3.1

صدرت مواصفات Power ISA v.3.1 [ 17 ] [ 25 ] في مايو 2020. وهي تدعم بشكل أساسي الوظائف الجديدة المُقدمة في Power10، كما تتضمن مفهوم الاختيارية في مواصفات PowerISA. أصبح طول التعليمات الآن ثمانية بايتات ، وهي "تعليمات مُسبقة"، مقارنةً بأربعة بايتات المعتادة "تعليمات الكلمات". كما أُضيفت العديد من الوظائف الجديدة لتعليمات SIMD وVSX. يوفر كل من VSX وامتداد SVP64 دعمًا ماديًا للأعداد العشرية ذات الدقة النصفية 16 بت. [ 26 ] [ 27 ]

تتمثل إحدى الفوائد الرئيسية للتعليمات الجديدة ذات البادئة 64 بت في توسيع القيم الفورية في الفروع إلى 34 بت.

تمت مراجعة المواصفات في سبتمبر 2021 لتصبح مواصفات Power ISA v.3.1B. [ 17 ] [ 26 ]

تمت مراجعة المواصفات في مايو 2024 لتصبح مواصفات Power ISA v.3.1C. [ 17 ] [ 28 ]

نوى متوافقة

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 بليمينجز، هيو (13 فبراير 2020). "تم إصدار المسودة النهائية لاتفاقية ترخيص المستخدم النهائي لـ Power ISA" .
  2. ↑ بنية Open Power ISA: الامتثال المعماري والأسس المستقبلية .
  3. ↑ تايلور، إيان لانس. "ملحق واجهة التطبيق الثنائية ELF 64 بت PowerPC 1.9" .
  4. ↑ "مواصفات واجهة التطبيق الثنائية (ABI) لبنية Power Architecture 64-Bit ELF V2، ملحق واجهة التطبيق الثنائية (ABI) لـ OpenPOWER لنظام Linux" (ملف PDF) . 16 يوليو 2015. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 24 أكتوبر 2019.
  5. ↑ "Power ISA v.2.03" (ملف PDF) . Power.org. 29-09-2006. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 27-07-2011.
  6. ↑ "كتاب هندسة معالجات باور بي سي، الإصدار 2.02" . شركة آي بي إم. 24 فبراير 2005. مؤرشف من الأصل بتاريخ 18 أكتوبر 2007. تم الاطلاع عليه بتاريخ 16 مارس 2007 .
  7. ↑ "كتاب PowerPC E الإصدار 1.0" (ملف PDF) . شركة IBM. 7 مايو 2002. مؤرشف (ملف PDF) من النسخة الأصلية بتاريخ 10 مارس 2018. تم الاطلاع عليه بتاريخ 16 مارس 2007 .
  8. ↑ "Power ISA الإصدار 2.04" (ملف PDF) . Power.org. 12-06-2007. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 27-09-2007 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 14-06-2007 .
  9. ↑ "Power ISA الإصدار 2.05" . Power.org. 23-10-2007. مؤرشف من الأصل في 24-11-2012 . تم الاطلاع عليه في 18-12-2007 .
  10. ↑ "Power.org تُطلق تطورات في المواصفات وخدمات جديدة في مؤتمر مطوري هندسة Power" (بيان صحفي). Power.org. 24 سبتمبر 2007. مؤرشف من الأصل بتاريخ 12 أكتوبر 2007. تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 سبتمبر 2007 .
  11. 1 2 "Power ISA الإصدار 2.06 المراجعة B" . Power.org. 23-07-2010. مؤرشف من الأصل في 24-11-2012 . تم الاطلاع عليه في 12-02-2011 .
  12. ↑ "تسريع أعباء العمل باستخدام بنية IBM POWER المتجهة-القياسية" . IBM. 2016-03-01 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2017-05-02 .
  13. ↑ "يُمكّن Power ISA 2.06 Rev. B من المحاكاة الافتراضية الكاملة للأجهزة في الأنظمة المدمجة" . EETimes. 2010-11-03 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2011-06-08 .
  14. 1 2 3 4 "Power ISA الإصدار 2.07" (ملف PDF) . Power.org. 15-05-2013 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 02-11-2023 .
  15. ↑ باربوسا، ليونيداس (21-09-2014). "التشفير المدمج في معالج POWER8" . شركة IBM.
  16. ↑ تقنيات تحسين الأداء وضبطه لمعالجات أنظمة IBM Power Systems، بما في ذلك IBM POWER8 . IBM. أغسطس 2015. ص 48. ISBN  9780738440927.
  17. 1 2 3 4 5 6 "بنية مجموعة التعليمات" . مؤسسة OpenPOWER .
  18. ↑ "Power ISA الإصدار 2.07 B" . Power.org. 2015-04-09 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2023-02-23 .
  19. ↑ غيشويند، مايكل (2015-12-03). "إعلان حقبة جديدة من الانفتاح مع باور 3.0" . مؤرشف من الأصل في 2016-03-04.
  20. ↑ "Power ISA الإصدار 3.0" . openpowerfoundation.org. 30 نوفمبر 2016. مؤرشف من الأصل في 3 أغسطس 2017. تم الاطلاع عليه في 6 يناير 2017 .
  21. ↑ "Power ISA الإصدار 3.0 B" . شركة IBM. 29-03-2017 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23-02-2023 .
  22. ↑ "Power ISA الإصدار 3.0 C" . مؤسسة OpenPOWER. 2020-05-01 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2023-02-23 .
  23. ↑ "قائمة بمواصفات Power ISA" .
  24. ↑ بيرجنر، بيتر (11 نوفمبر 2015). " [ تحديث، تم الالتزام به ] إضافة دعم كامل لـ Power ISA 3.0 / POWER9 binutils" . binutils (قائمة بريدية).
  25. ↑ "Power ISA الإصدار 3.1" . مؤسسة OpenPOWER. 2020-05-01 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2023-02-23 .
  26. 1 2 "Power ISA الإصدار 3.1B" . مؤسسة OpenPOWER. 14-09-2021 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23-02-2023 .
  27. ↑ "ls005.xlen.mdwn" . libre-soc.org Git . تم الاسترجاع في 2023-07-02 .
  28. ↑ "Power ISA الإصدار 3.1C" . مؤسسة OpenPOWER. 2024-05-26 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2024-07-04 .
  29. ↑ سيو، كارلوس إدواردو (12 مايو 2020). "أصدرنا بنية مجموعة التعليمات لمعالج POWER10. يتوفر الإصدار 3.1 من Power ISA على بوابة IBM لـ OpenPOWER" . twitter.com . تاريخ الاطلاع: 23 مايو 2020 .