Организация работы и функционирование процессора. Микропроцессоры типа CISC, RISC, MISC. Характеристики микропроцессора

1. Организация работы и функционирование процессора. Микропроцессоры типа CISC, RISC, MISC. Характеристики микропроцессора.

Устройство управления,
арифметико-логическое
устройство

2.

Микропроцессор (МП) – это программноуправляемое электронное цифровое
устройство, предназначенное для
обработки цифровой информации и
управления процессом этой обработки,
выполненное на одной или нескольких
интегральных схемах с высокой степенью
интеграции электронных элементов.

3. Функции микропроцессора:

- вычисление адресов команд и операндов;
- выборка и дешифрация команд из основной
памяти;
Функции
микропроце
ссора:
- выборка данных из основной памяти,
регистров микропроцессорной памяти и
регистров адаптеров внешних устройств;
- прием и обработка запросов и команд от
адаптеров на обслуживание внешних
устройств;
- обработка данных и их запись в основную
память, регистры микропроцессорной памяти
и регистры адаптеров внешних устройств;
- выработка управляющих сигналов для всех
прочих узлов и блоков ПК;
- переход к следующей команде

4. По числу больших интегральных схем (БИС) в микропроцессорном комплекте различают:

По числу больших интегральных
схем (БИС) в микропроцессорном
комплекте различают:
микропроцессоры однокристальные,
многокристальные и многокристальные секционные.

5.

Однокристальные микропроцессоры получаются при
реализации всех аппаратных средств процессора в
виде одной БИС или СБИС (сверхбольшой
интегральной схемы). По мере увеличения степени
интеграции элементов в кристалле и числа выводов
корпуса параметры однокристальных
микропроцессоров улучшаются. Однако возможности
однокристальных микропроцессоров ограничены
аппаратными ресурсами кристалла и корпуса. Для
получения многокристального микропроцессора
необходимо провести разбиение его логической
структуры на функционально законченные части и
реализовать их в виде БИС (СБИС). Функциональная
законченность БИС многокристального
микропроцессора означает, что его части выполняют
заранее определенные функции и могут работать
автономно.

6.

На рисунке, показано
функциональное разбиение
структуры процессора при
создании трехкристального
микропроцессора (пунктирные
линии), содержащего БИС
операционного (ОП), БИС
управляющего (УП) и БИС
интерфейсного (ИП)
процессоров.

7.

Многокристальные секционные микропроцессоры получаются в
том случае, когда в виде БИС реализуются части (секции)
логической структуры процессора при функциональном
разбиении ее вертикальными плоскостями . Для построения
многоразрядных микропроцессоров при параллельном
включении секций БИС в них добавляются средства
"стыковки". Для создания высокопроизводительных
многоразрядных микропроцессоров требуется столь много
аппаратных средств, не реализуемых в доступных БИС, что может
возникнуть необходимость еще и в функциональном разбиении
структуры микропроцессора горизонтальными плоскостями. В
результате рассмотренного функционального разделения
структуры микропроцессора на функционально и конструктивно
законченные части создаются условия реализации каждой из них
в виде БИС. Все они образуют комплект секционных БИС МП.
Микропроцессорная секция это БИС, предназначенная для
обработки нескольких разрядов данных или выполнения
определенных управляющих операций. Секционность БИС МП
определяет возможность "наращивания" разрядности
обрабатываемых данных или усложнения устройств управления
микропроцессора при "параллельном" включении большего
числа БИС.
Однокристальные и трехкристальные БИС МП, как правило,
изготовляют на основе микроэлектронных технологий
униполярных полупроводниковых приборов, а многокристальные
секционные БИС МП на основе технологии биполярных
полупроводниковых приборов.

8. По назначению микропроцессоры различают :

Универсальные микропроцессоры могут быть
применены для решения широкого круга
разнообразных задач. При этом их эффективная
производительность слабо зависит от
проблемной специфики решаемых задач.
По
назначению
микропроцес
соры различа
ют :
Специализация МП, т. е. его проблемная
ориентация на ускоренное выполнение
определенных функций позволяет резко
увеличить эффективную производительность
при решении только определенных задач. Среди
специализированных микропроцессоров можно
выделить различные микроконтроллеры,
ориентированные на выполнение сложных
последовательностей логических операций,
математические МП, предназначенные для
повышения производительности при
выполнении арифметических операций за счет,
например, матричных методов их выполнения,
МП для обработки данных в различных областях
применений и т. д. С помощью
специализированных МП можно эффективно
решать новые сложные задачи параллельной
обработки данных.

9. По виду обрабатываемых входных сигналов микропроцессоры различают:

По виду обрабатываемых входных
сигналов микропроцессоры различают:
Аналоговые и Цифровые. Входные аналоговые сигналы передаются в МП через преобразователь в
цифровой форме, обрабатываются и после обратного преобразования в аналоговую форму поступают
на выход. С архитектурной точки зрения такие микропроцессоры представляют собой аналоговые
функциональные преобразователи сигналов и называются аналоговыми микропроцессорами. Они
выполняют функции любой аналоговой схемы (например, производят генерацию колебаний,
модуляцию, смещение, фильтрацию, кодирование и декодирование сигналов в реальном масштабе
времени и т. д., заменяя сложные схемы, состоящие из операционных усилителей, катушек
индуктивности, конденсаторов и т. д.). При этом применение аналогового микропроцессора
значительно повышает точность обработки аналоговых сигналов и их воспроизводимость, а также
расширяет функциональные возможности за счет программной "настройки" цифровой части
микропроцессора на различные алгоритмы обработки сигналов. Обычно в составе однокристальных
аналоговых МП имеется несколько каналов аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования.
В аналоговом микропроцессоре разрядность обрабатываемых данных достигает 24 бит и более,
большое значение уделяется увеличению скорости выполнения арифметических операций.
Отличительная черта аналоговых микропроцессоров способность к переработке большого объема
числовых данных, т. е. к выполнению операций сложения и умножения с большой скоростью при
необходимости даже за счет отказа от операций прерываний и переходов. Аналоговый сигнал,
преобразованный в цифровую форму, обрабатывается в реальном масштабе времени и передается на
выход обычно в аналоговой форме через цифро-аналоговый преобразователь. При этом согласно
теореме Котельникова частота квантования аналогового сигнала должна вдвое превышать верхнюю
частоту сигнала.
Сравнение цифровых микропроцессоров производится сопоставлением времени выполнения ими списков
операций. Сравнение же аналоговых микропроцессоров производится по количеству эквивалентных
звеньев аналого-цифровых фильтров рекурсивных фильтров второго порядка. Производительность
аналогового микропроцессора определяется его способностью быстро выполнять операции умножения:
чем быстрее осуществляется умножение, тем больше эквивалентное количество звеньев фильтра в
аналоговом преобразователе и тем более сложный алгоритм преобразования цифровых сигналов
можно задавать в микропроцессоре. Одним из направлений дальнейшего совершенствования
аналоговых микропроцессоров является повышение их универсальности и гибкости. Поэтому вместе с
повышением скорости обработки большого объема цифровых данных будут развиваться средства
обеспечения развитых вычислительных процессов обработки цифровой информации за счет реализации
аппаратных блоков прерывания программ и программных переходов.

10. По характеру временной организации работы микропроцессоры делят на:

По характеру временной организации
работы микропроцессоры делят на:
Синхронные микропроцессоры – микропроцессоры, в которых
начало и конец выполнения операций задаются устройством
управления (время выполнения операций в этом случае не
зависит от вида выполняемых команд и величин операндов).
Асинхронные микропроцессоры позволяют начало выполнения
каждой следующей операции определить по сигналу
фактического окончания выполнения предыдущей операции. Для
более эффективного использования каждого устройства
микропроцессорной системы в состав асинхронно работающих
устройств вводят электронные цепи, обеспечивающие
автономное функционирование устройств. Закончив работу над
какой-либо операцией, устройство вырабатывает сигнал запроса,
означающий его готовность к выполнению следующей операции.
При этом роль естественного распределителя работ принимает
на себя память, которая в соответствии с заранее установленным
приоритетом выполняет запросы остальных устройств по
обеспечению их командной информацией и данными.

11. В зависимости от набора и порядка выполнения команд процессоры делятся на четыре класса.

В
зависимост
и от набора
и порядка
выполнения
команд проц
ессоры
делятся на
четыре
класса.
CISC (complex instruction set command) есть традиционная
архитектура, в которой центральный процессор использует
микропрограммы для выполнения исчерпывающего набора команд.
Они могут иметь различную длину, методы адресации и требуют
сложных электронных цепей для декодирования и исполнения. В
течение долгих лет производители компьютеров разрабатывали и
воплощали в изделиях все более сложные и полные системы
команд. Однако анализ работы процессоров показал, что в течение
примерно 80 % времени выполняется лишь 20 % большого набора
команд. Поэтому была поставлена задача оптимизации выполнения
небольшого по числу, но часто используемых команд.В 1974 г. John
Cocke (IBM Research) решил испробовать подход, который мог бы
существенно уменьшить количество машинных команд в
центральном процессоре. В середине 70-х это привело многих
производителей компьютеров к пересмотру своих позиций и к
разработке центрального процессора с весьма ограниченным
набором команд.
RISC (redused instruction set command) – процессор,
функционирующий с сокращенным набором команд. Так, в
процессоре CISC для выполнения одной команды необходимо в
большинстве случаев 10 и более тактов. Что же касается
процессоров RISC, то они близки к тому, чтобы выполнять по одной
команде в каждом такте. Следует также иметь в виду, что благодаря
своей простоте процессоры RISC не патентуются. Это также
способствует их быстрой разработке и широкому производству.
Между тем, в сокращенный набор RISC вошли только наиболее
часто используемые команды.Первый процессор RISC был создан
корпорацией IBM в 1979 г. И имел шифр IBM 801. В настоящее время
процессоры RISC получили широкое распространение.

12.

MISC (minimum instruction set command) – процессор, работающий с
минимальным набором длинных команд. Увеличение разрядности
процессоров привело к идее укладки нескольких команд в одно слово (связку,
bound) размером 128 бит. Оперируя с одним словом, процессор получил
возможность обрабатывать сразу несколько команд. Это позволило
использовать возросшую производительность компьютера и его возможность
обрабатывать одновременно несколько потоков данных. Процессор MISC, как
и процессор RISC? Характеризуется небольшим набором чаще всего
встречающихся команд. Вместе с этим принцип команд VLIM обеспечивает
выполнение группы команд за один цикл работы процессора. Порядок
выполнения команд распределяется таким образом, чтобы в максимальной
степени загрузить маршруты, по которым проходят потоки данных. Таким
образом, архитектура MISC объединила вместе суперскалярную
(многопоточную) и VLIM концепции. Компоненты процессора просты и
работают с высокими скоростями.
VLIM (Very Length Instruction Memory) – процессор, работающий с системой
команд сверхбольшой разрядности.Идея технологии VLIM заключается в том,
что создается специальный компилятор планирования, который перед
выполнением прикладной программы проводит ее анализ, и по множеству
ветвей последовательности операций определяет группу команд, которые
могут выполняться параллельно. Каждая такая группа образует одну
сверхдлинную команду. Это позволяет решать две важные задачи. Во-первых,
в течение одного такта выполнять группу коротких («обычных») команд. Вовторых, упростить структуру процессора. Этим технология VLIM отличается от
суперскалярности. В последнем случае отбор групп одновременно
выполняемых команд происходит непосредственно в ходе выполнения
прикладной программы (а не заранее). Из-за чего усложняется структура
процессора и замедляется скорость его работы.

13. Микропроцессор характеризуется:

1) Тактовой частотой: указывает, сколько элементарных операций (тактов)
микропроцессор выполняет в 1 секунду. Тактовая частота измеряется в Мгц.
Следует заметить, что разные модели МП выполняют одни и теже операции
(например, сложение и умножение) за разное число тактов. Чем выше модель,
тем, как правило, меньше тактов требуется для выполнения одних и тех же
операций;
2) Разрядностью, т. е. максимальным числом одновременно обрабатываемых
двоичных разрядов.
Разрядность МП обозначается m/n/k/ и включает:
m – разрядность внутренних регистров, определяет принадлежность к тому или
иному классу процессоров;
n – разрядность шины данных, определяет скорость передачи информации;
k – разрядность шины адреса, определяет размер адресного пространства.
Например, МП i8088 характеризуется значениями m/n/k=16/8/20;
3) Объемом кэш-памяти, которая имеет два уровня: L1 – память 1-го уровня,
находящаяся внутри основной микросхемы микропроцессора и работающая
всегда на полной частоте микропроцессора; L2 – память 2-го уровня,
кристалл, размещаемый на плате микропроцессора и связанный с ядром
внутренней микропроцессорной шиной, может работать на полной или
половинной частоте микропроцессора.
4) Архитектурой. Понятие архитектуры микропроцессора включает в себя
систему команд и способы адресации, возможность совмещения выполнения
команд во времени, наличие дополнительных устройств в составе
микропроцессора, принципы и режимы его работы. Выделяют понятия
микроархитектуры и макроархитектуры.

14.

Микроархитектура микропроцессора – это аппаратная
организация и логическая структура микропроцессора, регистры,
управляющие схемы, арифметико-логические устройства,
запоминающие устройства и связывающие их информационные
магистрали.
Макроархитектура – это система команд, типы обрабатываемых
данных, режимы адресации и принципы работы
микропроцессора.

15.

Функционально микропроцессор можно разделить на две части
(смотри рисунок):
- операционную (устройство управления и устройство
обработки данных), содержащую арифметико-логическое
устройство, микропроцессорную память (за исключением
сегментных регистров), блок микропрограммного
управления, объединенных в устройство обработки данных,
и устройство управления;
- интерфейсную (или устройство связи с магистралью),
содержащую блок сегментных регистров
микропроцессорной памяти, блок регистров команд
(регистры памяти для хранения кодов команд, выполняемых
в ближайшие такты работы) и сумматор адреса.
Устройство обработки данных предназначено для выполнения
команд. Устройство управления обеспечивает
синхронизацию работы устройств микропроцессора,
выработку управляющих сигналов и сигналов состояния для
обмена с другими устройствами, анализ и соответствующую
реакцию на сигналы других устройств ЭВМ.
Устройство связи с магистралью обеспечивает формирование
физического адреса памяти и адреса внешнего устройства,
выбор команд из памяти, обмен данными с запоминающими
устройствами, внешними устройствами, другими
процессорами по магистрали.
Обе части микропроцессора работают параллельно, причем
интерфейсная часть опережает операционную, так что
выборка очередной команды из памяти (ее запись в блок
регистров команд и предварительный анализ) выполняется
во время выполнения операционной частью предыдущей
команды. Современные микропроцессоры имеют несколько
групп регистров в интерфейсной части, работающих с
различной степенью опережения, что позволяет выполнить
операции в конвейерном режиме. Такая организация
микропроцессора позволяет существенно повысить его
эффективное быстродействие.

16. Организация работы процессора:

Последовательная обработка.
Во время процесса процессор считывает последовательность
команд, содержащихся в памяти, и исполняет их. Очерёдность
считывания команд изменяется в случае, если процессор
считывает команду перехода — тогда адрес следующей команды
может оказаться другим. Другим примером изменения процесса
может служить случай получения команды останова или
переключение в режим обработки аппаратного прерывания.
Скорость перехода от одного этапа цикла к другому определяется
тактовым генератором. Тактовый генератор вырабатывает
импульсы, служащие ритмом для центрального процессора.

17.

Параллельная обработка.
В основу было положено понятие потока, под которым понимается
последовательность элементов, команд или данных,
обрабатываемая процессором.
Соответствующая система классификации основана на рассмотрении
числа потоков инструкций и потоков данных и описывает четыре
архитектурных класса:
SISD (single instruction stream / single data stream) - одиночный поток
команд и одиночный поток данных
MISD (multiple instruction stream / single data stream) множественный поток команд и одиночный поток данных.
SIMD (single instruction stream / multiple data stream) - одиночный
поток команд и множественный поток данных.
MIMD (multiple instruction stream / multiple data stream) множественный поток команд и множественный поток данных
В основе параллельного компьютера лежит идея использования для
решения одной задачи нескольких процессоров, работающих
сообща, причем процессоры могут быть как скалярными, так и
векторными.

18.

Конвейерная обработка.
Конвейерная архитектура (pipelining) была введена в центральный
процессор с целью повышения быстродействия. Обычно для
выполнения каждой команды требуется осуществить некоторое
количество однотипных операций, например: выборка команды из
ОЗУ, дешифрация команды, адресация операнда в ОЗУ, выборка
операнда из ОЗУ, выполнение команды, запись результата в ОЗУ.
Каждую из этих операций сопоставляют одной ступени конвейера.
Например, конвейер микропроцессора с архитектурой MIPS-I содержит
четыре стадии:
получение и декодирование инструкции (Fetch)
адресация и выборка операнда из ОЗУ (Memory access)
выполнение арифметических операций (Arithmetic Operation)
сохранение результата операции (Store)
После освобождения k-й ступени конвейера она сразу приступает к
работе над следующей командой. Если предположить, что каждая
ступень конвейера тратит единицу времени на свою работу, то
выполнение команды на конвейере длиной в n ступеней займёт n
единиц времени, однако в самом оптимистичном случае результат
выполнения каждой следующей команды будет получаться через
каждую единицу времени

19. Суперскалярная обработка.

Способность выполнения нескольких машинных инструкций за один такт процессора.
Появление этой технологии привело к существенному увеличению
производительности.
Основными параметрами процессоров являются:
Суперскаля
рная
обработка.
тактовая частота,
разрядность,
рабочее напряжение,
коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты,
размер кэш памяти.
Тактовая частота определяет количество элементарных операций (тактов), выполняемые
процессором за единицу времени. Тактовая частота современных процессоров
измеряется в МГц (1 Гц соответствует выполнению одной операции за одну секунду, 1
МГц=106 Гц). Чем больше тактовая частота, тем больше команд может выполнить
процессор, и тем больше его производительность. Первые процессоры, которые
использовались в ПК работали на частоте 4,77 МГц, сегодня рабочие частоты
современных процессоров достигают отметки в 2 ГГц (1 ГГц=103 МГц).
Разрядность процессора показывает, сколько бит данных он может принять и обработать в
своих регистрах за один такт. Разрядность процессора определяется разрядностью
командной шины, то есть количеством проводников в шине, по которой передаются
команды. Современные процессоры семейства Intel являются 32-разрядными.
Рабочее напряжение процессора обеспечивается материнской платой, поэтому разным
маркам процессоров отвечают разные материнские платы. Рабочее напряжение
процессоров не превышает 3 В. Снижение рабочего напряжения разрешает уменьшить
размеры процессоров, а также уменьшить тепловыделение в процессоре, что разрешает
увеличить его производительность без угрозы перегрева.
Коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты - это коэффициент, на который
следует умножить тактовую частоту материнской платы, для достижения частоты
процессора. Тактовые сигналы процессор получает от материнской платы, которая из
чисто физических причин не может работать на таких высоких частотах, как процессор.
Для получения более высоких частот в процессоре происходит внутреннее умножение
на коэффициент 4, 4.5, 5 и больше.

20. Наиболее сложным функциональным устройством процессора является устройство управления выполнением команд. Оно содержит:

Наиболее
сложным
функциональн
ым
устройством
процессора
является
устройство
управления
выполнением
команд. Оно
содержит:
буфер команд, который хранит одну или несколько
очередных команд программы; читает следующие
команды из запоминающего устройства, пока
выполняется очередная команда, уменьшая время ее
выборки из памяти;
дешифратор команд расшифровывает код операции
очередной команды и преобразует его в адрес начала
микропрограммы, которая реализует исполнение
команды;
управление выборкой очередной
микрокоманды представляет собой небольшой
процессор, работающий по принципу фон Неймана,
имеет свой счетчик микрокоманд, который
автоматически выбирает очередную микрокоманду из
ПЗУ микрокоманд;
постоянное запоминающее
устройство (ПЗУ) микрокоманд - это запоминающее
устройство, в которое информация записывается
однократно и затем может только считываться;
отличительной особенностью ПЗУ является то, что
записанная в него информация сохраняется сколь
угодно долго и не требует постоянного питающего
напряжения.

21.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для
выполнения арифметических и логических операций
преобразования информации. Функционально АЛУ состоит из
нескольких специальных регистров, полноразрядного сумматора
и схем местного управления.
Регистры общего назначения (РОН) используются для временного
хранения операндов исполняемой команды и результатов
вычислений, а также хранят адреса ячеек памяти или портов
ввода-вывода для команд, обращающихся к памяти и внешним
устройствам. Необходимо отметить, что если операнды команды
хранятся в РОН, то время выполнения команды значительно
сокращается. Одна из причин, почему программисты иногда
обращаются к программированию на языке машинных команд,
это наиболее полное использование РОН для получения
максимального быстродействия при выполнении программ,
критичных по времени.

22. Основными параметрами процессоров являются: рабочее напряжение, разрядность, рабочая тактовая частота, коэффициент внутреннего

Основными параметрами процессоров являются: рабочее
напряжение, разрядность, рабочая тактовая
частота, коэффициент внутреннего умножения тактовой
частоты и размер кэш-памяти.
Рабочее напряжение процессора обеспечивает материнская плата, поэтому
разным маркам процессоров соответствуют разные материнские платы (их
надо выбирать совместно). Ранние модели процессоров x86 имели рабочее
напряжение 5 В. С переходом к процессорам Intel Pentium оно понижено до 3,3
В, а в настоящее время составляет менее 3 В. Сверху микропроцессора всегда
устанавливают вентилятор (куллер) для его охлаждения во время работы.
Разрядность процессора показывает, сколько бит данных он может принять и
обработать в своих регистрах за одни раз (за одни такт) и определяется
разрядностью этих регистров. Первые процессоры x86 были 16-разрядными.
Начиная с процессора 80386, они имеют 32-разрядную архитектуру.
Современные процессоры семейства Intel Pentium остаются 32 разрядными,
хотя и работают с 64 разрядной шиной данных.
Обмен данными внутри процессора происходит в несколько раз быстрее, чем
обмен с другими устройствами, например, с оперативной памятью. Для того
чтобы уменьшить количество обращений к оперативной памяти, внутри
процессора создают буферную область - так называемую кэш-память. Это как
бы «сверхоперативная память». Когда процессору нужны данные, он сначала
обращается в кэш-память, и только если там нужных данных нет, происходит
его обращение в оперативную память. Принимая блок данных из оперативной
памяти, процессор заносит его одновременно и в

23. Классификация микропроцессоров

Для сопоставления большого числа изготовленных и изготовляемых МП существует
множество классификационных признаков. Ограничимся самыми главными:
Классифика
ция
микропроце
ссоров
по числу больших интегральных схем (БИС) в микропроцессорном комплекте
различают микропроцессоры однокристальные, многокристальные и
многокристальные секционные;
по технологии изготовления:
рМОП - самая простая технология, но не обеспечивает высокого
быстродействия МП (в настоящее время устарела);
nМОП - более сложная технология, которая обеспечивает более высокое
быстродействие МП, но не обеспечивает низкое энергопотребление;
КМОП - самая сложная технология, которая обеспечивает низкое
энергопотребление при достаточно высоком быстродействии МП (в настоящее
время доминирует);
по ширине ШД (по длине обрабатываемых данных):
8-разрядные, применяемые для построения простых МПС (контроллеров);
16-разрядные, применяемые для построения микро-ЭВМ (персональных микроЭВМ - ПЭВМ);
32-разрядные для построения ПЭВМ высокой производительности;
секционные - для построения МПС с произвольной шириной ШД;
по виду синхронизации:
синхронные, когда все процессы в МП и МПС синхронизированы сигналами
тактового генератора (МП фирмы Intel);
асинхронные, когда все процессы в МП и МПС протекают асинхронно (без
участия сигналов тактового генератора, МП фирмы DEC);

24. В состав управляющего устройства входят устройства:

Регистр команды – содержит код команды во
время ее выполнения
Программный счетчик – в нем содержится адрес
очередной подлежащей выполнению команды.
В состав
управляющего
устройства
входят
устройства:
Регистр адреса – в нем вычисляются адреса
операндов, находящихся в памяти.
Пульт управления – предусмотрен для связи
пользователя с ЭВМ и позволяет производить
сброс в начальное состояние, просматривать
регистры и ячейки памяти, записывать адрес в
программный счетчик, пошагово выполнять
программу при ее отладке и т.д.
Память – устройство предназначено для
запоминания, хранения и выборки программ и
данных. Она состоит из конечного числа ячеек,
каждая из которых имеет свой уникальный адрес
(номер), доступ к ячейке осуществляется путем
указания ее адреса.

25. Архитектура процессоров (CISC, RISC, MISC)

CISC (англ. Complex Instruction Set Computing) — концепция проектирования
процессоров, которая характеризуется следующим набором свойств:
Архитектур
а
процессоро
в (CISC,
RISC, MISC)
большим числом различных по формату и длине команд;
введением большого числа различных режимов адресации;
обладает сложной кодировкой инструкции.
Процессору с архитектурой CISC приходится иметь дело с более сложными
инструкциями неодинаковой длины. Выполнение одиночной CISCинструкции может происходить быстрее, однако обрабатывать несколько
таких инструкций параллельно сложнее.
Облегчение отладки программ на ассемблере влечет за собой загромождение
узлами микропроцессорного блока. Для повышения быстродействия
следует увеличить тактовую частоту и степень интеграции, что вызывает
необходимость совершенствования технологии и, как следствие, более
дорогого производства.
Достоинства архитектуры CISC .
Компактность наборов инструкций уменьшает размер программ и
уменьшает количество обращений к памяти.
Наборы инструкций включают поддержку конструкций высокоуровневого
программирования.
Недостатки архитектуры CISC .
Нерегулярность потока команд.
Высокая стоимость аппаратной части.
Сложности с распараллеливанием вычислений.

26.

RISC (Reduced Instruction Set Computing). Процессор с
сокращенным набором команд. Система команд имеет
упрощенный вид. Все команды одинакового формата с простой
кодировкой. Обращение к памяти происходит посредством
команд загрузки и записи, остальные команды типа регистррегистр. Команда, поступающая в CPU, уже разделена по полям
и не требует дополнительной дешифрации.
Часть кристалла освобождается для включения дополнительных
компонентов. Степень интеграции ниже, чем в предыдущем
архитектурном варианте, поэтому при высоком
быстродействии допускается более низкая тактовая частота.
Команда меньше загромождает ОЗУ, CPU дешевле.
Программной совместимостью указанные архитектуры не
обладают. Отладка программ на RISC более сложна. Данная
технология может быть реализована программно-совместимым
с технологией CISC (например, суперскалярная технология).
Поскольку RISC-инструкции просты, для их выполнения нужно
меньше логических элементов, что в конечном итоге снижает
стоимость процессора. Но большая часть программного
обеспечения сегодня написана и откомпилирована специально
для CISC-процессоров фирмы Intel. Для использования
архитектуры RISC нынешние программы должны быть
перекомпилированы, а иногда и переписаны заново.
Достоинства архитектуры RISC .
1.снижение нерегулярности потока команд
2.обогащение пространственным параллелизмом

27.

MISC (Multipurpose lnstruction Set Computer).
Элементная база состоит из двух частей, которые
либо выполнены в отдельных корпусах, либо
объединены. Основная часть – RISC CPU,
расширяемый подключением второй части – ПЗУ
микропрограммного управления. Система
приобретает свойства CISC. Основные команды
работают на RISC CPU, а команды расширения
преобразуются в адрес микропрограммы. RISC CPU
выполняет все команды за один такт, а вторая часть
эквивалентна CPU со сложным набором команд.
Наличие ПЗУ устраняет недостаток RISC,
выраженный в том, что при компиляции с языка
высокого уровня микрокод генерируется из
библиотеки стандартных функций, занимающей
много места в ОЗУ. Поскольку микропрограмма уже
дешифрована и открыта для программиста, то
времени выборки из ОЗУ на дешифрацию не
требуется.