Билет №9.Система команд процессоров

Система команд является одной из важнейших архитектурных характеристик процессора и ВМ в целом. Она определяет совокупность операций, реализуемых процессором. В понятие система команд входят:

• форматы команд и обрабатываемых данных;

• список команд, их функциональное назначение;

• способы адресации данных.

У современных мощных процессоров количество команд достигает нескольких сотен. В то же время существуют процессоры с сокращенным набором команд (так называемые RISC-процессоры), в которых за счет максимального сокращения количества команд достигается увеличение эффективности и скорости их выполнения. Первые RISС-процессоры были разработаны в начале 1980-х годов в Стэнфордском и Калифорнийском университетах США. Они выполняли небольшой (50 − 100) набор команд, тогда как обычные CISC (Сomplex Instruction Set computer) выполняли 100—200.

Частота использования наиболее употребляемых семейства х8б команд МП семейства х86

Данные табл. 4.1 наглядно иллюстрируют неравномерность использования различных команд в типовых программах.

CISC: Концепция проектирования процессоров со сложным списком команд

RISC: архитектура с сокращённым набором команд

Оба типа процессоров обеспечивают достижение максимальной производительности, уменьшается либо число тактов, затрачиваемых на выполнение команды, либо число команд.

Архитектура CISC характеризуется следующим:

1) Нефиксированное значение длины команды

2) Арифметические действия кодируются одной инструкцией

3) Небольшое число регистров, каждый из которых выполняет определённую функцию

RISC:

1) Одинаковая длина команд, облегчённая выборка команд из памяти.

2) Сокращённый набор действий над операндами, размещёнными в памяти

3) Все вычислительные операции выполняются над данными, находящимися только в регистрах общего назначения. Использование простых команд упрощает реализацию их конвейерной обработки.

4) Относительно простые схемы управления, отсутствие микропрограмм внутри самого процесса.

В RISC повышение производительности достигается за счёт аппаратных решений, снижающих количество обращений к оперативной памяти. Большее количество регистров общего назначения и простая архитектура позволяют удешевить процессор и поднять тактовую частоту и распараллелить выполнение команд. Современные процессоры это CISC процессоры с RISС ядром.

Расширения стандарта набора команд

Для организации групповой обработки данных процессора SIMD расширение – это фактически параллелизм внутри процессора. Под SIMD расширением понимается программно аппаратное решение, представляющее набор дополнительных регистров и инструкций процессора:

1) MMX – предназначено для работы с большим массивом данных целого типа (мультимедиа, графика). Содержит 57 новых команд, 4 новых типа данных и 8 MMX регистров по 64 бита.

2) SSE – обновление технологии MMX, называется потоковое SIMD расширение. SSE оперирует данными вещественного типа (геометрические расчёты в приложениях трёхмерной графики, игры). Содержит 70 новых команд. Обновление SSE – SSE2 – содержит 144 дополнительные команды. SSE3 призвана облегчить оптимизацию программ под SSE1 и SSE2 (автоматическая оптимизация работы компилятора).

3) 3DNow – ускорение обработки трёхмерной графики и мультимедиа. 21 инструкция (в расширенной версии – 24).

Первые 2 – в процессорах Intel, третье – AMD