Типы процессоров

Состав и структура процессора

Понятие программно-аппаратной платформы. Состав и структура процессора. Типы процессоров. Система команд процессора. RISC, CISC процессоры. Основные форматы машинных команд процессора. Принцип выполнения команд.

Разнообразие как технических, так и программных средств привело к использованию понятия «программно-аппаратная платформа». Программно-аппаратная платформа состоит из взаимосвязанной совокупности следующих основных элементов:

- комплекс технических средств (КТС), на базе которого проектируются ИС;

- базовое программное обеспечение, обеспечивающее интеграцию КТС в программно-технический комплекс, конфигурирование систем и реализующее другие универсальные функции ИС;

- средства автоматизации проектирования, верификации и валидации ИС;

- комплект документации, регламентирующий процесс разработки ИС на базе данной платформы.

Система команд процессора Машинные команды, выполняемые процессором, обычно подразделяются следующим образом:

• передача данных (из регистра в регистр, из памяти в регистр и наоборот)
• арифметико логические операции (сложение, вычитание, ротация битов операндов, сдвиг вправо, сдвиг влево и т. д.)
• доступ к отдельным битам
• доступ к строкам
• команды управления (уловного и безусловного перехода, подпрограммы и т. д.)
• ввод-вывод
• управление работой процессора.

RISC (компьютер с сокращённым набором команд) — архитектура процессора, в котором быстродействие увеличивается за счёт упрощения инструкций, чтобы их декодирование было более простым, а время выполнения — меньшим. Первыми RISС-процессорами были не ориентированные на интерпретацию процессоры VLSI. «Сокращённый» значит, что сокращён объём (и время) работы, выполняемый каждой отдельной инструкцией — как максимум один цикл доступа к памяти, — тогда как сложные инструкции CISC-процессоров могут требовать сотен циклов доступа к памяти для своего выполнения.

Принципы RISC:

· Все команды должны выполняться непосредственно аппаратным обеспечением.

· Компьютер должен запускать как можно больше команд в секунду.

· Команды должны легко декодироваться.

· К памяти должны обращаться только команды загрузки и сохранения.

· Регистров должно быть много.

Характерные особенности:

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

· Специализированные команды для операций с памятью — чтения или записи. Отсутствие операций вида Read-Modify-Write. Любые операции «изменить» выполняются только над содержимым регистров.

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

· Отсутствие поддержки операций вида «изменить» над укороченными типами данных — байт, 16-битное слово.

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

CISC (компьютер с полным набором команд) - концепция проектирования процессоров, которая характеризуется следующим набором свойств:

1. Нефиксированное значение длины команды;

2. Арифметические действия кодируются в одной команде;

3. Небольшое число регистров, каждый из которых выполняет строго определённую функцию.

Недостатки:

1. Высокая стоимость аппаратной части;

2. Сложности с распараллеливанием вычислений.

Использование:

CISC – рабочие станции, серверы среднего звена и персональные компьютеры.

RISC – микроконтроллеры, мобильные устройства, SOC и мэйнфреймы.

· RISC противопоставлялся CISC. Различие этих концепций состоит в методах программирования, а не в реальной архитектуре процессора. Практически все современные процессоры эмулируют наборы команд как RISC так и CISC типа.

Основные форматы машинных команд процессора. Форматы команд Алгоритм, написанный пользователем программы, в конечном счете реализуется в виде машинных команд. Под командой понимают совокупность сведений, представленных в виде двоичных кодов, необходимых процессору для выполнения очередного шага. В ходе команды для сведений о типе операции, адресной информации о нахождении обрабатываемых данных, а также для информации о месте хранения результатов выделяются определенные разряды (поля).

Форматом команды называется заранее обговоренная структура полей в её кодах, позволяющая ЭВМ распознавать составные части кода. Главным элементом кода команды является код операции (КОП), что определяет, какие действия будут выполнены по данной команде. Под него выделяется N старших разрядов формата. В остальных разрядах размещаются А1 и А2 v адреса операндов. А3 - адрес результата.

Распределение полей в формате команды может изменяться при смене способа адресации. Длина команды зависит от числа адресных полей. По числу адресов команды делятся на:

• безадресные
• одно-, двух-, трехадресные

Длина кода команды измеряется в машинных словах. Чтобы получить возможность работать с минимальным числом адресных полей, результат, к примеру, можно размещать по месту хранения одного из операндов. Либо предварительно размещают один или несколько операндов в специально выделенных регистрах процессора. Принцип выполнения команд ЭВМ

• - выбор команды из памяти (счетчик команд передает адрес команды в память)

• - команда из памяти возвращается в процессор на регистр команды (в регистре команд полученная команда разделяется на кодовую и адресную части)

• - УУ расшифровывает команду (код команды поступает в УУ для выработки сигналов, настраивающих процессор на выполнение заданной операции, и для определения адреса следующей команды (который сразу заносится в счетчик команд). Адресная часть команды указывает, какую информацию выбрать из памяти. Выбранная из памяти информация вводится в арифметическое устройство (АУ). На этом заканчивается начинается выполнение операции в АЛУ.)

• - регистр операндов записывает коды АЛУ

• - УУ расшифровывает код операции, идет передача данных из памяти

• - работа АЛУ (прием кода операнда, преобразование кода операнда, суммирование кодов двух операндов, сдвиг кода операнда, выдача кода результата.)

• - результаты остаются в процессоре или идут в память (в каждом цикле, получив команду в регистр команд и выделив код операции, процессор определяет, к какому устройству она относится. Если команда должна выполняться процессором, организуется ее выполнение по описанному циклу. Если же команда предназначена для выполнения в другом устройстве ЭВМ, центральный процессор (ЦП) передает ее соответствующему устройству.)

Дата добавления: 2015-06-25