Влияние архитектуры команд на архитектуру процессора

Системой команд ЭВМ называют полный перечень команд, которые способна выполнить данная ЭВМ. В свою очередь под архитектурой системы команд (АСК) принято определять те средства ЭВМ, которые видны и доступны для программирования. АСК можно рассматривать как линию согласования нужд разработчиков ПО с возможностями создателей аппаратуры ЭВМ.

Современные технологии разработки ПО ориентированы на использование языков высокого уровня (ЯВУ). Однако использование ЯВУ приводит к семантическому разрыву: сложные операторы этих языков существенно отличаются от простых машинных операций, что выражается к неэффективной работе ЭВМ. Для преодоления семантического разрыва при разработке АСК используют следующие подходы:

· архитектуру с полным набором команд CISC (Complex Instruction Set Computer);

· архитектуру с сокращенным набором команд RISC (Reduced Instruction Set Computer);

· архитектуру со словами сверхбольшой длины VLIW (Very long Instruction Word).

В ЭВМ типа CISC проблема семантического разрыва решается за счет расширения системы команд, дополнения ее сложными командами, семантически аналогичными операторам ЯВУ. Основоположником CISC-архитектур считается компания IBM, которая начала применять данный подход при создании семейства машин IBM 360 и продолжает использовать его в новых проектах. Этот подход использует и компания Intel, начиная с процессора i80086 до современных процессоровPentium.

Для CISC-архитектуры характерно следующее:

· сравнительно небольшое число регистров общего назначения в процессоре;

· большое число машинных команд, некоторые их которых аппаратно реализуют отдельные сложные операторы ЯВУ;

· разнообразие способов адресации операндов;

· множество форматов команд различной разрядности;

· наличие команд, в которых обработка совмещается с обращением к памяти.

Применяемый в CISC-архитектурах подход к преодолению семантического разрыва приводит к усложнению аппаратной части процессора, в первую очередь, его устройства управления, что негативно сказывается на производительности.

Мотивом к развитию RISC-архитектур послужили проведенные исследования, которые показали, что в объеме программного кода доля сложных операторов в среднем составляет 10 – 20%, тогда как объем памяти микропрограмм для поддержания сложных команд увеличивается на 60%.

Идея RISC-архитектуры заключается в ограничении набора команд списком наиболее часто используемых простейших команд, оперирующих данными, размещенными только в регистрах процессора. Обращение к памяти допускается лишь с помощью специальных команд чтения и записи. Резко уменьшено количество форматов команд и способов адресации. Все это позволяет существенно упростить аппаратную часть процессора и повысить быстродействие.

Элементы RISC-архитектуры впервые появились в CDC 6600 и суперкомпьютере Cray Research. Из современных к RISC-процессорам относятся Alfa (фирма DEC),PA (Hewlett Packard), семейство PowerPC.

В современных CISC-процессорах компаний Intel и AMD используются некоторые идеи RISC-архитектур. Такая тенденция к постепенному сглаживанию различий между CISC- и RISC-архитектурами.

Концепция VLIW базируется на RISC-архитектуре. При этом несколько простых RISC-команд объединяются в одну сверхдлинную команду, в которой они выполняются параллельно. В остальном VLIW-архитектура не отличается от RISC.

Дата добавления: 2014-01-06