32. Процессоры с сокращенным набором команд (risc) и с полным набором команд (cisc). Примеры.

RISC - Это концепция проектирования процессоров, которая во главу ставит следующий принцип: более компактные и простые инструкции выполняются быстрее.

Характерные особенности RISC-процессоров:

1) Фиксированная длина машинных инструкций (например, 32 бита) и простой формат команды.

2) Специализированные команды для операций с памятью — чтения или записи. Операции вида «прочитать-изменить-записать» отсутствуют. Любые операции "изменить" выполняются только над содержимым регистров.

3) Большое количество регистров общего назначения (32 и более).

4) Отсутствие микропрограмм внутри самого процессора. То, что в CISC процессоре исполняется микропрограммами, в RISC процессоре исполняется как обыкновенный (хотя и помещенный в специальное хранилище) машинный код, не отличающийся принципиально от кода ядра ОС и приложений.

5) Для обращения имеется во внешней памяти несколько команд

6) Аппаратное исполнение многих операций.

7) Суперскалярные архитектуры (Распараллеливание исполнения команд между несколькими устройствами исполнения, причем решение о параллельном исполнении двух или более команд принимается аппаратурой процессора на этапе исполнения)

8) конвейерный порядок выполнения команд

Недостатки:

1) не дает желаемого эффекта, если выполняемая программа содержит много ветвлений

2) при организации прерываний работа конвейеров становится менее эффективной.

CISC (англ. Complex Instruction Set Computing) — концепция проектирования процессоров, которая характеризуется следующим набором свойств:

1) Нефиксированным значением длины команды.

2) Арифметические действия, кодируется в одной инструкции.

3)Небольшим числом регистров, каждый из которых выполняет строго определённую функцию.

4) большое количество методов адресации;

5) большое количество форматов команд различной разрядности;

6) преобладание двухадресного формата команд; наличие команд обработки типа регистр-память.

Лидером в разработке микропроцессоров c полным набором команд (CISC - Complete Instruction Set Computer) считается компания Intel со своей серией x86 и Pentium. Эта архитектура является практическим стандартом для рынка микрокомпьютеров.

33. Гарвардская и разнесенная архитектуры микропроцессоров. Примеры.

Архитектурой вычислительного устройства называют совокупность свойств и характеристик, определяющих модель вычислительного устройства с точки зрения пользователя: программно доступные регистры, разрядность слова, система команд, адресное пространство, схема обработки прерываний, способы адресации, быстродействие.

Архитектура – это логическая организация вычислительного устройства с точки зрения пользователя, определяющая возможности устройства.

Развитие архитектуры увеличивает производительность за счет рациональной системы команд, экономии времени при обращении к памяти, улучшения использования вычислительных ресурсов процессора: АЛУ, регистров, магистрали. Одним из способов повышения производительности – параллельная обработка информации, означающая одновременное выполнение независимых друг от друга операций различными устройствами.

Гарвардская архитектура микропроцессоров предлагает наличие отдельных устройств памяти для команд и данных. Преимущество такой организации памяти отражается в структуре команд, упрощая адресную часть. Кроме того, выборка команд может происходить одновременно с выборкой данных.

Степень интеграции – количество элементов в одном кристалле или на одном чипе.

Проектной нормой называют размер одного транзистора интегральной микросхемы. Увеличение степени интеграции и уменьшение проектной нормы приводит к увеличению тактовой частоты. Совершенствование архитектуры микропроцессора приводит к усовершенствованию без повышения тактовой частоты.

34. Процессоры с длинным командным словом. Примеры.

В системах команд процессоров с длинным командным словом (VLIW) одновременно выполняются несколько команд и они должны быть записаны подряд – длинным словом. Формировать длинное слово может или программист (в сигнальных процессорах), или транслятор языка (Itanium). Использование этого метода предполагает задание в командном слове совокупности параллельно выполняемых команд. Подготовкой таких программ занимается компилятор. Вся тяжесть планирования загрузки большого числа исполнительных устройств в процессоре ложится на программиста, или — на оптимизирующий компилятор. В процессор поступают уже сформированные триады для всех исполнительных устройств, так что ему только остается выполнять эти длинные команды. В результате он не ограничен размером окна исполнения, так как и программист, и компилятор видят весь код программы, и могут извлечь из него максимальный параллелизм. В отличие от программ для суперскалярных процессоров, код VLIW предлагает точный план того, как процессор будет выполнять программу, которой компилятор создаёт статически во время компиляции. Код точно указывает, когда будет выполнена каждая операция, какие функциональные устройства будут работать и какие регистры будут содержать операнды. Процессоры VLIW представляют собой пример архитектуры, для которой программа представляет точную информацию о параллелизме. Компилятор выявляет параллелизм в программе и сообщает программному обеспечению, какие операции не зависят друг от друга. Такой подход позволяет достичь принципиально более высокой производительности, но такие процессоры обладают и рядом недостатков:

- в целом менее эффективная загрузка исполнительных устройств, так как не всегда можно сформировать достаточное количество команд для параллельного исполнения;

- сложности обработки условных переходов;

- сложность программирования и др.

Последнее обстоятельство ограничивает применение процессоров VLIW, даже Intel, в персональных ЭВМ. Сфера применения VLIW-процессоров пока ограничена серверами, производительными рабочими станциями, а также многопроцессорными ЭВМ.

Что касается обработки условных переходов, то тут можно отметить широкое использование в процессорах VLIW так называемых условных (conditional) команд. Это команды, использующие предварительно рассчитанные логические значения (предикаты), для выполнения, либо пропуска какого-то действия, что позволяет избавиться от нескольких ветвей при коротких условных переходах и использовать один поток команд без необходимости предсказывать адрес для следующей выборки.