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A arquitetura Alpha Lu´ ıs Guilherme Fernandes Pereira – RA009206 Outline Introdu¸ c˜ ao Arquitetura Alpha: geral Arquitetura Alpha: Microprocessador 21264 Considera¸ c˜ oes finais A arquitetura Alpha Trabalho de MO401 Lu´ ıs Guilherme Fernandes Pereira – RA009206 10 de Novembro de 2005
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A arquitetura Alpha
Luıs GuilhermeFernandes Pereira –
RA009206
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Introducao
Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
A arquitetura Alpha
Trabalho de MO401
Luıs Guilherme Fernandes Pereira – RA009206
10 de Novembro de 2005
A arquitetura Alpha
Luıs GuilhermeFernandes Pereira –
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Introducao
Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
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◮ Resumo e Introducao;
A arquitetura Alpha
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Introducao
Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
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◮ Resumo e Introducao;
◮ Arquitetura Alpha;
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Introducao
Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
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◮ Resumo e Introducao;
◮ Arquitetura Alpha;
◮ Microprocessador Alpha 21264;
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Introducao
Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
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◮ Resumo e Introducao;
◮ Arquitetura Alpha;
◮ Microprocessador Alpha 21264;
◮ Consideracoes Finais;
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Introducao
Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Resumo
Este trabalho pretende descrever diversascaracterısticas da arquietutra Alpha, bem comoformas de implementacao dessas caracterısticas nomicroprocessador Alpha-21264 atraves de umaprofundado estudo de caso.
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Introducao
Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Revisao
◮ ILP;
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Introducao
Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Revisao
◮ ILP;
◮ Exploracao Dinamica;
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Introducao
Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Revisao
◮ ILP;
◮ Exploracao Dinamica;
◮ Superescalaridade;
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Introducao
Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Revisao
◮ ILP;
◮ Exploracao Dinamica;
◮ Superescalaridade;
◮ Previsao de desvios;
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Introducao
Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Revisao
◮ ILP;
◮ Exploracao Dinamica;
◮ Superescalaridade;
◮ Previsao de desvios;
◮ Vantagens;
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Introducao
Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Historico e Caracterısticas comuns
◮ Criada em 1992 (sucessor do VAX);
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Introducao
Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Historico e Caracterısticas comuns
◮ Criada em 1992 (sucessor do VAX);
◮ Modelo RISC de desenvolvimento, influencias doMIPS;
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Introducao
Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Historico e Caracterısticas comuns
◮ Criada em 1992 (sucessor do VAX);
◮ Modelo RISC de desenvolvimento, influencias doMIPS;
◮ 64-bit, Superpipeline, Superescalar;
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Introducao
Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Historico e Caracterısticas comuns
◮ Criada em 1992 (sucessor do VAX);
◮ Modelo RISC de desenvolvimento, influencias doMIPS;
◮ 64-bit, Superpipeline, Superescalar;
◮ Projeto manual: alta frequencia.
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Introducao
Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Conjunto de instrucoes
◮ Desvio (branch)
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Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Conjunto de instrucoes
◮ Desvio (branch)
◮ Ponto flutuante
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Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Conjunto de instrucoes
◮ Desvio (branch)
◮ Ponto flutuante
◮ Memoria
◮ Memoria / Funcao
◮ Memoria / Desvio
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Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Conjunto de instrucoes
◮ Desvio (branch)
◮ Ponto flutuante
◮ Memoria
◮ Memoria / Funcao
◮ Memoria / Desvio
◮ Operacao
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Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Conjunto de instrucoes
◮ Desvio (branch)
◮ Ponto flutuante
◮ Memoria
◮ Memoria / Funcao
◮ Memoria / Desvio
◮ Operacao
◮ Pre-fetch de cache
◮ MVI (instrucoes de motion-video)
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Introducao
Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Recursos, recursos, recursos...
O Alpha-21264 tem:
◮ 4 unidades de execucao inteira
◮ 2 unidades de proposito geral
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Introducao
Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Recursos, recursos, recursos...
O Alpha-21264 tem:
◮ 4 unidades de execucao inteira
◮ 2 unidades de proposito geral
◮ 2 ULAs de endereco
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Introducao
Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Recursos, recursos, recursos...
O Alpha-21264 tem:
◮ 4 unidades de execucao inteira
◮ 2 unidades de proposito geral
◮ 2 ULAs de endereco
◮ 32 registradores de inteiros e 31 registradores deponto flutuante.
◮ 48 registradores de reordenacao de inteiros e 40 deponto flutuante.
◮ 80 registradores de inteiros adicionais (copia dosoutros 80)
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Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Paralelismo Superescalar Especulativo
◮ fetch de ate 4 instrucoes por ciclo;
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Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Paralelismo Superescalar Especulativo
◮ fetch de ate 4 instrucoes por ciclo;
◮ execucao especulativa e dinamica;
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Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Paralelismo Superescalar Especulativo
◮ fetch de ate 4 instrucoes por ciclo;
◮ execucao especulativa e dinamica;
◮ predicao de desvios;
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Introducao
Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Paralelismo Superescalar Especulativo
◮ fetch de ate 4 instrucoes por ciclo;
◮ execucao especulativa e dinamica;
◮ predicao de desvios;
◮ renomeacao de registradores.
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Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Pipeline
1. Busca;2. Transferencia;3. Renomeacao;4. Delegacao;5. Leitura dos registradores (usa bypassing);6. Execucao;7. Memoria.
Figura: Pipeline do Alpha 21264
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Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Cache e Fetch
◮ Cache de instrucoes e de dados;
Figura: Busca (fetch) de instrucoes
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Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Cache e Fetch
◮ Cache de instrucoes e de dados;◮ Cache 2-associativa de 64 bytes;
Figura: Busca (fetch) de instrucoes
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Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Cache e Fetch
◮ Cache de instrucoes e de dados;◮ Cache 2-associativa de 64 bytes;◮ Quatro instrucoes por ciclo;
Figura: Busca (fetch) de instrucoes
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Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Cache e Fetch
◮ Cache de instrucoes e de dados;◮ Cache 2-associativa de 64 bytes;◮ Quatro instrucoes por ciclo;◮ Previsao de proxima linha;
Figura: Busca (fetch) de instrucoes
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Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Cache
◮ 128K de Cache L1 (64K para dados e 64K parainstrucoes);
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Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Cache
◮ 128K de Cache L1 (64K para dados e 64K parainstrucoes);
◮ Cache L2 controlado pelo processador;
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Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Cache
◮ 128K de Cache L1 (64K para dados e 64K parainstrucoes);
◮ Cache L2 controlado pelo processador;
◮ Dois loads ou stores por ciclo sem conflito;
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Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Cache
◮ 128K de Cache L1 (64K para dados e 64K parainstrucoes);
◮ Cache L2 controlado pelo processador;
◮ Dois loads ou stores por ciclo sem conflito;
◮
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Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Nome diferente, otimizacao transparente
Renomeacao de registradores:
◮ Elimina pseudo-dependencias de dados (semelhante aotimizacao de “variable renaming” de compiladores);
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Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Nome diferente, otimizacao transparente
Renomeacao de registradores:
◮ Elimina pseudo-dependencias de dados (semelhante aotimizacao de “variable renaming” de compiladores);
◮ Cada instrucao um registrador;
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Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Nome diferente, otimizacao transparente
Renomeacao de registradores:
◮ Elimina pseudo-dependencias de dados (semelhante aotimizacao de “variable renaming” de compiladores);
◮ Cada instrucao um registrador;
◮ Mapeamento entre registradores visıveis e internos;
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Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Nome diferente, otimizacao transparente
Renomeacao de registradores:
◮ Elimina pseudo-dependencias de dados (semelhante aotimizacao de “variable renaming” de compiladores);
◮ Cada instrucao um registrador;
◮ Mapeamento entre registradores visıveis e internos;
◮ Mantem estado de mapeamento para possıvelrestauracao;
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Introducao
Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Nome diferente, otimizacao transparente
Renomeacao de registradores:
◮ Elimina pseudo-dependencias de dados (semelhante aotimizacao de “variable renaming” de compiladores);
◮ Cada instrucao um registrador;
◮ Mapeamento entre registradores visıveis e internos;
◮ Mantem estado de mapeamento para possıvelrestauracao;
◮
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Introducao
Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Para onde vou?
Alocacao de intrucoes para unidades funcionais:
◮ Filas de inteiros e de ponto flutuante separadas;
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Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Para onde vou?
Alocacao de intrucoes para unidades funcionais:
◮ Filas de inteiros e de ponto flutuante separadas;
◮ Algoritmo de scoreboard;
◮ Ate seis instrucoes despachadas por ciclo;
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Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Para onde vou?
Alocacao de intrucoes para unidades funcionais:
◮ Filas de inteiros e de ponto flutuante separadas;
◮ Algoritmo de scoreboard;
◮ Ate seis instrucoes despachadas por ciclo;
◮ Dois clusters de inteiros e um de ponto flutuante;
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Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Para onde vou?
Alocacao de intrucoes para unidades funcionais:
◮ Filas de inteiros e de ponto flutuante separadas;
◮ Algoritmo de scoreboard;
◮ Ate seis instrucoes despachadas por ciclo;
◮ Dois clusters de inteiros e um de ponto flutuante;
◮ Escolha do cluster atraves de um arbitro;
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Introducao
Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Para onde vou?
Alocacao de intrucoes para unidades funcionais:
◮ Filas de inteiros e de ponto flutuante separadas;
◮ Algoritmo de scoreboard;
◮ Ate seis instrucoes despachadas por ciclo;
◮ Dois clusters de inteiros e um de ponto flutuante;
◮ Escolha do cluster atraves de um arbitro;
◮ Especulacao em filas.
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Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Mais sobre os clusters
Figura: Clusters
Cada cluster esta associado a um dos bancos de inteiros;
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Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Execucao
◮ 2 unidades de inteiros para soma, logica, shift ebranch;
◮ Uma delas com multiplicacao, outra com multimıdia;
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Introducao
Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Execucao
◮ 2 unidades de inteiros para soma, logica, shift ebranch;
◮ Uma delas com multiplicacao, outra com multimıdia;
◮ As demais unidades de inteiros tratam soma, logica,loads e stores.
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Introducao
Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Execucao
◮ 2 unidades de inteiros para soma, logica, shift ebranch;
◮ Uma delas com multiplicacao, outra com multimıdia;
◮ As demais unidades de inteiros tratam soma, logica,loads e stores.
◮ 2 unidades de ponto flutuante:
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Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Execucao
◮ 2 unidades de inteiros para soma, logica, shift ebranch;
◮ Uma delas com multiplicacao, outra com multimıdia;
◮ As demais unidades de inteiros tratam soma, logica,loads e stores.
◮ 2 unidades de ponto flutuante:
◮ Uma realiza adicao, divisao e radiciacao;
◮ Outra realiza multiplicacao;
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Introducao
Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Latencias
Classe da Instrucao Latencia
Operacoes simples de inteiros 1MVI / PLZ 3Multiplicacao de inteiros 7Carga de inteiros 3Carga de ponto flutuante 4Addicao de ponto flutuante 4Multiplicacao de ponto flutuante 4Divisao de ponto flutuante (precisao simples) 12Divisao de ponto flutuante (precisao dupla) 15Raiz quadrada de ponto flutuante (precisao simples) 15Raiz quadrada de ponto flutuante (precisao dupla) 30
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Introducao
Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Memoria
◮ Retirada de instrucoes em ordem – impressao deexecucao em ordem;
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Introducao
Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Memoria
◮ Retirada de instrucoes em ordem – impressao deexecucao em ordem;
◮ Buffer de reordenacao – excecoes cancelam assubsequentes;
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Introducao
Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Memoria
◮ Retirada de instrucoes em ordem – impressao deexecucao em ordem;
◮ Buffer de reordenacao – excecoes cancelam assubsequentes;
◮ Fila de loads e de stores;
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Introducao
Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Previsao de desvios
◮ Previsao local;
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Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Previsao de desvios
◮ Previsao local;
◮ Previsao global;
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Introducao
Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Previsao de desvios
◮ Previsao local;
◮ Previsao global;
◮ Mecanismo de decisao;
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Introducao
Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Previsao de desvios
◮ Previsao local;
◮ Previsao global;
◮ Mecanismo de decisao;
◮
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Introducao
Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Floorplan
Figura: Planta do Alpha 21264
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Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Conclusoes
◮ Projeto manual, boas implementacoes;
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Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Conclusoes
◮ Projeto manual, boas implementacoes;
◮ Clock alto para complexidade;
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Introducao
Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Conclusoes
◮ Projeto manual, boas implementacoes;
◮ Clock alto para complexidade;
◮ Sistemas distribuıdos e barateamento do PC: queda;
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Introducao
Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Conclusoes
◮ Projeto manual, boas implementacoes;
◮ Clock alto para complexidade;
◮ Sistemas distribuıdos e barateamento do PC: queda;
◮ Diversidade de conceitos de arquitetura utilizados;
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Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Conclusoes
◮ Projeto manual, boas implementacoes;
◮ Clock alto para complexidade;
◮ Sistemas distribuıdos e barateamento do PC: queda;
◮ Diversidade de conceitos de arquitetura utilizados;
◮ Como garantir a lei de Moore?
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Arquitetura Alpha: geral
Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264
Consideracoes finais
Duvidas e questionamentos
?
