3.3 Verarbeitungseinheiten
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3-Tupels (wl, iwl, sign) spezifiziert werden, wobei wl die Gesamtwortlänge ist,
iwl die Ganzzahlwortlänge (also die Anzahl der Stellen links des Binärpunkts)
und sign ∈ {s, u} zwischen vorzeichenbehafteten und vorzeichenlosen Zahlen unterscheidet (siehe Abb. 3.23). Auch gibt es verschiedene Rundungsmodi (z.B. Abschneiden) und Überlaufmodi (z.B. Sättigungs- und Wrap-around-Arithmetik).
Abb. 3.23 Parameter eines Festkommazahlensystems
Binärpunkt
Vorzeichen
s
iwl
wl
fwl
Bei Festkommazahlen bleibt die Position des Binärpunkts nach der Multiplikation
erhalten (einige der niederwertigen Bits werden abgeschnitten oder gerundet). Bei
Festkommaprozessoren wird diese Operation direkt von der Hardware unterstützt.
• Echtzeitfähigkeit: Einige der Eigenschaften moderner Prozessoren dienen dazu,
die durchschnittliche Ausführungszeit von Programmen zu verbessern. In vielen
Fällen ist es schwierig bis unmöglich, formal nachzuweisen, dass diese Vorkehrungen auch die längste mögliche Ausführungszeit (engl. Worst Case Execution
Time (WCET)) verbessern. In solchen Fällen kann es besser sein, auf den Einsatz
dieser Techniken zu verzichten. Beispielsweise ist es schwierig (aber nicht unmöglich, siehe [4]), eine bestimmte Leistungssteigerung durch den Einsatz eines
Caches zu garantieren. Aus diesem Grunde verzichten viele eingebettete Prozessoren auf den Einsatz von Caches. Ebenso wird man virtuelle Adressierung und
demand paging [213] (siehe auch Anhang C) üblicherweise nicht in eingebetteten
Systemen finden. Techniken zur Vorhersage von worst case-Ausführungszeiten
werden in Unterabschnitt 5.2.2 vorgestellt.
DSP-Befehle wurden aufgrund der Bedeutung der Signalverarbeitung vielen existierenden Befehlssätzen hinzugefügt.
Multimedia- und short vector-Befehlssätze
Die Register und Rechenwerke moderner Prozessorarchitekturen haben häufig eine Breite von mindestens 64 Bit. Man kann zwei 32-Bit-Datentypen, vier 16-BitDatentypen oder acht-8 Bit-Datentypen (Bytes) in ein einziges 64-Bit-Register laden
(siehe Abb. 3.24).
Arithmetische Einheiten können so entworfen werden, dass die Überlaufbits an
den 32-Bit-, 16-Bit- oder 8-Bit-Grenzen unterdrückt, also nicht weitergeleitet, werden. Multimediabefehlssätze nutzen diese Eigenschaft aus, um Operationen auf sogenannten gepackten Datentypen durchzuführen. Solche Befehle werden manchmal
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3-Tupels (wl, iwl, sign) spezifiziert werden, wobei wl die Gesamtwortlänge ist,
iwl die Ganzzahlwortlänge (also die Anzahl der Stellen links des Binärpunkts)
und sign ∈ {s, u} zwischen vorzeichenbehafteten und vorzeichenlosen Zahlen unterscheidet (siehe Abb. 3.23). Auch gibt es verschiedene Rundungsmodi (z.B. Abschneiden) und Überlaufmodi (z.B. Sättigungs- und Wrap-around-Arithmetik).
Abb. 3.23 Parameter eines Festkommazahlensystems
Binärpunkt
Vorzeichen
s
iwl
wl
fwl
Bei Festkommazahlen bleibt die Position des Binärpunkts nach der Multiplikation
erhalten (einige der niederwertigen Bits werden abgeschnitten oder gerundet). Bei
Festkommaprozessoren wird diese Operation direkt von der Hardware unterstützt.
• Echtzeitfähigkeit: Einige der Eigenschaften moderner Prozessoren dienen dazu,
die durchschnittliche Ausführungszeit von Programmen zu verbessern. In vielen
Fällen ist es schwierig bis unmöglich, formal nachzuweisen, dass diese Vorkehrungen auch die längste mögliche Ausführungszeit (engl. Worst Case Execution
Time (WCET)) verbessern. In solchen Fällen kann es besser sein, auf den Einsatz
dieser Techniken zu verzichten. Beispielsweise ist es schwierig (aber nicht unmöglich, siehe [4]), eine bestimmte Leistungssteigerung durch den Einsatz eines
Caches zu garantieren. Aus diesem Grunde verzichten viele eingebettete Prozessoren auf den Einsatz von Caches. Ebenso wird man virtuelle Adressierung und
demand paging [213] (siehe auch Anhang C) üblicherweise nicht in eingebetteten
Systemen finden. Techniken zur Vorhersage von worst case-Ausführungszeiten
werden in Unterabschnitt 5.2.2 vorgestellt.
DSP-Befehle wurden aufgrund der Bedeutung der Signalverarbeitung vielen existierenden Befehlssätzen hinzugefügt.
Multimedia- und short vector-Befehlssätze
Die Register und Rechenwerke moderner Prozessorarchitekturen haben häufig eine Breite von mindestens 64 Bit. Man kann zwei 32-Bit-Datentypen, vier 16-BitDatentypen oder acht-8 Bit-Datentypen (Bytes) in ein einziges 64-Bit-Register laden
(siehe Abb. 3.24).
Arithmetische Einheiten können so entworfen werden, dass die Überlaufbits an
den 32-Bit-, 16-Bit- oder 8-Bit-Grenzen unterdrückt, also nicht weitergeleitet, werden. Multimediabefehlssätze nutzen diese Eigenschaft aus, um Operationen auf sogenannten gepackten Datentypen durchzuführen. Solche Befehle werden manchmal