Вопрос 19. Классификация процессоров. CISC, RISC, VLIW, суперскалярные процессоры, MISC

CISC(Complete Instruction Set Computer) – полный набор команд микропроцессора.

· нефиксированное значение длины команды;

· арифметические действия кодируются в одной команде;

· небольшое число регистров, каждый из которых выполняет строго определённую функцию.

Недостатки CISC архитектуры:

· высокая стоимость аппаратной части;

· сложности с распараллеливанием вычислений.

Состав и назначение их регистров существенно неоднородны, широкий набор команд усложняет декодирование инструкций, на что расходуются аппаратные ресурсы. Возрастает число тактов, необходимое для выполнения инструкций. К процессорам с полным набором инструкций относится семейство х86.

Лидером в разработке CISC-процессоров считается компания Intel со своей серией x86 и Pentium. Эта архитектура является практическим стандартом для рынка микрокомпьютеров.

Для CISC-процессоров характерно:

· сравнительно небольшое число регистров общего назначения;

· большое количество машинных команд, некоторые из которых нагружены семантически аналогично операторам высокоуровневых языков программирования и выполняются за много тактов;

· большое количество методов адресации;

· большое количество форматов команд различной разрядности;

· преобладание двухадресного формата команд;

· наличие команд обработки типа регистр-память.

RISC - Reduced Instruction Set Computer – архитектура компьютера с сокращенным набором команд. RISC-архитектура предполагает реализацию в ЭВМ сокра­щенного набора простейших, но часто употребляемых команд, что позволяет упростить аппаратурные средства процессора и благодаря этому получить возможность повысить его быстро­действие.

Современные процессоры типа RISC характеризуются следующими особенностями:

1) упрощенный набор команд, имеющих одинаковую длину.

2) Отсутствуют макрокоманды, усложняющие структуру процессора и уменьшающую скорость его работы.

3) Взаимодействие с оперативной памятью ограничивается операциями пересылки данных.

4) Уменьшено число способов адресации

5) Используется конвейер команд.

6) Применяется высокоскоростная память.

Новый подход к архитектуре команд процессора значительно сократил площадь, требуемой для него на кристалле интегральной микросхемы. Это позволило резко увеличить число регистров (более 100 по лекциям, а вообще в типовых RISC-процессорах реализуются 32 или большее число регистров по сравнению с 8 - 16 регистрами в CISC-архитектурах). В результате процессор стал на 20-30% реже обращаться к оперативной памяти. Упростилась топология процессора, сократились сроки ее разработки, она стала дешевле.

Особенностью RISC архитектуры является механизм перекрывающихся окон, предназначенный для уменьшения числа обращений к оперативной памяти и межрегистровых передач, что способствует увеличению производительности ЭВМ.

Наиболее широко используемые в настольных компьютерах процессоры архитектуры x86 ранее являлись CISC-процессорами, однако новые процессоры, начиная с Intel 486DX, являются CISC-процессорами с RISC-ядром. Они непосредственно перед исполнением преобразуют CISC-инструкции x86-процессоров в более простой набор внутренних инструкций RISC.

Суперскалярные процессоры – дальнейшее развитие конвейеризации. Их отличительной особенностью является возможность выполнения нескольких команд за один процессорный цикл.

Архитектура их вычислительного ядра используюет несколько декодеров команд, которые могут нагружать работой множество исполнительных блоков. Если в процессе работы команды, обрабатываемые конвейером, не противоречат друг другу, и одна не зависит от результата другой, то такое устройство может осуществить параллельное выполнение команд. В суперскалярных системах формирование расписания управления команд возлагается на микропроцессор, что требует много ресурсов.

При описании архитектуры суперскалярного процессора часто используется модель окна исполнения. При исполнении программы микропроцессор как бы продвигает по статической структуре программы окно исполнения. Команды в окне исполнения могут исполняться параллельно, если между ними нет зависимости. Для устранения зависимостей, вызванных командами перехода, используется метод предсказания.

VLIW – появилась в России. Она не попадает под принципы фон Неймана (нарушает принцип программного управления, т.е. последовательного выполнения команд).

Архитектура ЭВМ сдлинным командным словом (VLIW – Very Long Instruction Word) позволяет сократить объем оборудования, требуемого для реализации параллельной выдачи несколько команд, базируется на множестве независимых командных устройств. Вместо того чтобы выдавать на эти устройства последовательные команды, операции упаковываются в одну очень длинную команду. Ответственность за вывод параллельно выдаваемых для выполнения команд полностью ложится на компилятор.

В процессорах VLIW задача решается распределения работы между вычислительными модулями во время компиляции. Аппаратные средства, необходимые для реализации параллельной обработки, отсутствуют.

Для машин с VLIW-архитектурой был разработан новый метод планирования выдачи команд – трассировочное планирование. Во время планирования генерируется длинное командное слово. Процесс упаковки команд последовательной программы в длинные командные слова продолжается до тех пор, пока не будет оптимизирована вся программа.

Примеры процессоров на этой архитектуре – Intel Itanium (архитектура IA-64, Merced), микропроцессоры серии «Эльбрус» («Эльбрус 2000», «Эльбрус S»).

MISC, minimal instruction set computer — минимальный набор команд компьютера.

Увеличение разрядности процессоров привело к идее укладки нескольких команд в одно большое слово (связку, bound). Это позволило использовать возросшую производительность компьютера и его возможность обрабатывать одновременно несколько потоков данных. Кроме этого, MISC использует стековую модель вычислений.

Процессоры, образующие «компьютеры с минимальным набором команд» (MISC), как и процессоры RISC, характеризуются небольшим числом чаще всего встречающихся команд. Вместе с этим, принцип «очень длинных командных слов» (VLIW) обеспечивает выполнение группы непротиворечивых команд за один цикл работы процессора. Порядок выполнения команд распределяется таким образом, чтобы в максимальной степени загрузить маршруты, по которым проходят потоки данных. Таким образом архитектура MISC объединила вместе суперскалярную и VLIW-концепции. Компоненты процессора просты и работают на высоких частотах.

Поиск по сайту: