Тема 10 сучасний розвиток мікропроцесорної техніки

1. Архітектури risc, cisc, vliw, misc, epic

1.1. АрхітектураRisc

RISC (Reduced Instruction Set Computing) -вичісленіяссокращённимнаборомкоманд.

Це філософія проектування процесорів, яка на перше ставить наступний принцип: більш компактні і прості інструкції виконуються швидше. Проста архітектура дозволяє як здешевити процесор, так і підняти тактову частоту. Багато ранніх RISC-процесори навіть не мали команд множення і ділення.

Перші RISС-процесори були розроблені на початку 1980-х років в Стенфордському та Каліфорнійському університетах США. Вони виконували невеликий (50 - 100) набір команд, тоді як звичайні CISC (Сomplex Instruction Set computer) виконували 100-200.

Характерні особливості RISC-процесорів:

Фіксована довжина машинних інструкцій (наприклад, 32 біта) і простий формат команди.

Одна інструкція виконує тільки одну операцію з пам'яттю - читання або запис. Операції виду "прочитати-змінити-записати" відсутні.

Велика кількість регістрів загального призначення (32 і більше).

В даний час багато архітектури процесорів є RISC-подібними, наприклад, ARM, DEC Alpha, SPARC, AVR, MIPS, POWER і PowerPC. Найбільш широко використовуються в настільних комп'ютерах процесори архітектури x86 раніше були CISC-процесорами, проте нові процесори безпосередньо перед виконанням перетворять CISC-інструкції процесорів x86 в більш простий набір внутрішніх інструкцій RISC.

Основне призначення RISC-процесорів - спрощення набору команд для побудови швидких обчислювальних машин. Відмінними рисами RISC є:

фіксована довжина команд,

короткі і прості (які не потребують інтерпретації) команди,

великий регістровий файл (це дозволяє більшого обсягу даних зберігатися в регістрах на процесорному кристалі більший час і спрощує роботу компілятора з розподілу регістрів під змінні) і трехоперандний (три команди в вибірці) формат команд.

Серед інших особливостей RISC-архітектур, що з'явилися дещо пізніше, слід зазначити ідею суперскалярной або многоконвейерной обробки, позачергове виконання команд і поява "змішаних" або групових команд для скорочення часу виконання часто повторюваних послідовностей.

Також в сучасних версіях RISC-процесорів з'явилася методика реалізації умовних переходів, чого не було в перших реалізаціях. Умовні переходи при паралельному виконанні команд завжди є "вузьким горлечком", здатним сильно загальмувати роботу процесора. Така проблема найбільш характерна для RISC-процесорів, т. К. Менше різноманітність команд веде до збільшення числа розгалужень.

Що стосується суперскалярного RISC-процесорів, то вона теж сильно обмежена. Завдяки хитромудрим рішенням, розробникам вдалося досягти деякої паралельності обчислень в рамках традиційних RISC. Однак по-справжньому паралельними такі процесори не є, і подальше підвищення продуктивності стикається з великими труднощами. Вихід зі становища полягає в принциповій зміні архітектури і переході до цього паралелізму на рівні інструкцій (EPIC).