Архитектура системы команд

Иерархия управляющей информации, основные стадии выполнения команды.

Двумя основными архитектурами набора команд, используемыми компьютерной промышленностью на современном этапе развития вычислительной техники являются ар­хитектуры CISC и RISC. Основоположником CISC-архитектуры можно считать компанию IBM с ее базовой архитектурой IBM360, ядро которой используется с!964 года и дошло до наших дней, например, в таких современных мейнфреймах как IBM ES/9000.

Лидером в разработке микропроцессоров с полным набором команд (CISC -Complete Instruction Set Computer) считается компания Intel со своей серией х86 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.

Основой архитектуры современных высокопроизводительных рабочих станций и серверов является архитектура компьютера с сокращенным набором команд (RISC -Reduced Instruction Set Computer). Корни этой архитектуры уходят к компьютерам CDC6600, которые одни из первых начали оснащаться упрощенным набором команд для увеличения быстродействия. RISC в современном его понимании сформировалось на базе трех исследовательских проектов компьютеров: процессора 801 компании IBM, процессо­ра RISC университета Беркли и процессора MIPS Стенфордского университета.

Эти три машины имели много общего. Все они придерживались архитектуры, отде­ляющей команды обработки от команд работы с памятью, и делали упор на эффективную конвейерную обработку. Система команд разрабатывалась таким образом, чтобы выпол­нение любой команды занимало небольшое количество машинных тактов {предпочти­тельно один машинный такт). Сама логика выполнения команд с целью повышения про­изводительности ориентировалась на аппаратную, а не на микропрограммную реализа­цию. Чтобы упростить логику декодирования команд использовались команды фиксиро­ванной длины и фиксированного формата.

Среди других особенностей RISC-архитектур следует отметить наличие достаточно большого регистрового файла (в типовых RISC-процессорах реализуются 32 или большее число регистров по сравнению с 8 - 16 регистрами в CISC-архитектурах), что позволяет большему объему данных храниться в регистрах на процессорном кристалле большее время и упрощает работу компилятора по распределению регистров под переменные. Для обработки, как правило, используются трехадресные команды, что помимо упрощения

дешифрации дает возможность сохранять большее число переменных в регистрах без их последующей перезагрузки.

С 1986 года началась активная промышленная реализация архитектуры RISC. К на­стоящему времени эта архитектура прочно занимает лидирующие позиции на мировом компьютерном рынке рабочих станций и серверов.

Следует отметить, что в последних разработках компании Intel, а также ее последо­вателей-конкурентов (AMD, Cyrix, NexGen и др.) широко используются идеи, реализован­ные в RISC-микропроцессорах, так что многие различия между CISC и RISC стираются. Однако сложность архитектуры и системы команд х86 остается и является главным фак­тором, ограничивающим производительность процессоров на ее основе.

Дата добавления: 2014-01-15