Стратегия CISC-архитектуры

Стратегия CISC-архитектуры формировалась в большой степени по желанию программистов иметь в своем распоряжении как можно больший набор команд для упрощения программирования. За первое десятилетие компьютерной эры список команд ЭВМ расширился от нескольких десятков (ЭВМ «Урал-1» имел 32 команды) до нескольких сотен (модели семейства IBM/370 используют около 200 команд). Лидером в разработке CISC-процессоров считается компания Intel.

Для CISC-процессоров характерно:

· небольшое число регистров общего назначения;

· большое количество машинных команд,

· наличие сложных (многотактных) команд, функционально аналогичных операторам языков программирования высокого уровня,

· большое количество способов адресации,

· большое количество форматов команд различной разрядности,

· преобладание двухадресного формата команд,

· наличие команд обработки типа регистр-память.

Использование CISC-архитектуры упрощает компиляцию программ и уменьшает размеры исполняемых модулей. В какой то мере, архитектура CISCпозволила фирме Intelзанять на массовом рынке относительно недорогих PC ведущее положение. Но в архитектуре CISC плохо реализуются новейшие технические решения по повышению быстродействия процессоров. Это использование конвейерной, суперконвейерной и суперскалярной обработки, позволяющей в один и тот же момент времени выдавать на выполнение несколько команд.

Стратегия RISCархитектуры

Основой современных высокопроизводительных ЭВМ (рабочие станции, супер-ЭВМ и т.д.) является архитектура RISC (Reduced Instruction Set Computer - компьютер с сокращенным набором команд).

Зачатки этой архитектуры можно обнаружить в компьютерах CDC 6600. Значительную роль в становлении архитектуры RISC сыграла фирма IBM. Её сотрудник Джон Кук продемонстрировал, что использование в программе только простых команд в формате регистр-регистр позволяет увеличить скорость выполнения большинства вычислительных задач в 2-3 раза. Кроме этого, было замечено, что 80% кода программ содержат 20% простейших команд. Было доказано, что удаление из системы команд сложных операций позволяет уменьшить объём аппаратуры процессора примерно в 10 раз без ощутимого снижения быстродействия.

В первых ЭВМ главными требованиями архитектуры RISC являлись следующие:

1. Любая операция должна выполняться за один такт.

2. Система команд должна содержать минимальное количество наиболее часто используемых команд одинаковой длины.

3. Операции обработки данных реализуются только в формате регистр-регистр. Обмен между регистрами и памятью выполняется только командами загрузки-записи.

В дальнейшем эти требования были несколько смягчены. Выполнение команды за один такт стало трактоваться как загрузка конвейера команд в темпе "команда за такт". Набор команд современных RISC-процессоров возрос и содержит до 150 команд и более.

Незыблемым для архитектуры RISC остается только требование: обработка данных ведется только командами в формате регистр-регистр.

Среди других особенностей RISC архитектур следует отметить:

· наличие достаточно большого файла РОНов (32 и более регистров),

· для обработки используются трехадресные регистровые команды,

· команды регистр-память используются только для загрузки (Ld) РОНов из памяти и сохранения (ST) содержимого РОНов в памяти,

· как следствие упрощения команд, использование аппаратной, а не микропрограммной логики выполнения команд,

В последних разработках МП компании Intel, начиная с МП Pentium Pro, а также ее последователей и конкурентов (AMD R5, Cyrix M1, NexGen Nx586 и др.) широко используются идеи, реализованные в RISC-микропроцессорах.

Вопросы для самопроверки:

1. Понятие CISC- архитектуры.

2. Положительные особенности CISC- архитектуры.

3. Отрицательные особенности CISC- архитектуры.

4. Понятие RISC архитектуры.

5. Положительные особенности RISC - архитектуры.

6. Отрицательные особенности RISC- архитектуры.

7. Основные требования к системе команд RISC- архитектуры.

8. Основная причина использования идей RISC- архитектуры в ядрах современных процессоров.

Глава 3. Программная модель МП Intel