1. Мп и их роль в современных компьютерах, cisc, risc и epic мп:

Процессор – это основной блок компьютера, на который возложена задача обработки информации, в соответствии с заданным в программе пользователя алгоритмом, а также управления работой компьютера в целом. Микропроцессор (МП) – процессор, выполненный в микроэлектронном исполнении в виде одной интегральной микросхемы. Поскольку в настоящее время процессоры всех без исключения компьютеров выполняются только в интегральном исполнении, то понятия процессора и микропроцессора стало, по сути дела, эквивалентным. Кроме того, современные микропроцессоры включают в себя не только устройства обработки и управления классического процессора, включая блок обработки чисел с плавающей запятой (так называемый арифметический сопроцессор). На кристалле микропроцессора располагают кэш-память первого и второго уровня, а в МП Pentium 4XE, AMD Phenom, Intel Core 2, или серверных микропроцессорах Intel Itanium – даже и третьего уровня. Более того, в последних разработках, в состав кристалла микропроцессора включают также блоки управления оперативной памятью компьютера, контроллер видеосистемы, блок автоматической оптимизации работы микропроцессора по критерию максимальной производительности при заданном допустимом энергопотреблении и др.

С другой стороны, в связи с тенденцией децентрализации процессов управления в современных компьютерах, для локального управления функционированием отдельных блоков компьютера, в настоящее время, широко используют выделенные специализированные процессоры. Так для эффективного управления видеопамятью дисплея выделяются так называемые видеопроцессоры. Для конкретной реализации в высокопроизводительных компьютерах процесса обмена информацией с периферийными устройствами – процессоры ввода/вывода и т. д. Если функции управления, выполняемые такими процессорами, достаточно просты, то последние носят название контроллеров, например, контроллер памяти, контроллер шины, контроллер прерываний, или контроллер прямого доступа к памяти.

Поэтому процессор, на который возлагается основная обработка программ пользователя и управление работой всего компьютера в целом, обычно называют центральным процессором – CPU (Central Processor Unit).

В настоящее время во всем мире выпускаются огромное количество микропроцессоров, предназначенных для использования в компьютерах самого различного назначения.

Обычно, процессоры относят к двум основным типам архитектур, рассматриваемых на уровне системы команд МП. Первые - с так называемой CISC - архитектурой, и вторые - с RISC – архитектурой.

CISC (Complete Instruction Set Computing – вычисления с полным набором команд

До последнего времени эта архитектура является практическим стандартом для рынка персональных компьютеров. Для CISC – процессоров характерно:

• большое количество машинных команд (так для МП Pentium 4 насчитывалось более 360 команд), причем выполнение некоторых из них может занимать достаточно большое количество тактов;

• большое количество методов адресации (для МП серии Pentium – 11, в том числе несколько видов косвенной адресации);

• большое количество форматов команд различной длины (от 1 байта до 15 байт в МП семейства i80Х86 и до Intel Core второго поколения);

• наличие команд обработки типа регистр – память.

К преимуществам МП с CISC – архитектурой можно отнести:

1. Трансляторы с языков высокого уровня для этих МП оказываются более простыми и более быстродействующими.

2. Программирование на языке ассемблера существенно упрощается.

К недостаткам МП с CISC – архитектурой относится то, что при ней, обычно, усложняется декодирование команд, что сказывается на быстродействии компьютера в целом.

Лидером в разработке МП с CISC – архитектурой считается фирма INTEL со своим семейством i80Х86 (iAPX86), начало которого было положено в 1978 году появлением на рынке МП i8086.

Однако, через некоторое время, ограниченность возможности размещения элементов на площади кристалла микросхемы микропроцессора, при существующей технологии их изготовления, привело к определенным затруднениям. Расширенный набор команд при CISC архитектуре требовало в типовом случае примерно 60 % площади кристалла для размещения элементов, необходимых для схем управления, а оставшиеся 40 % были недостаточны для размещения соответствующих операционных блоков. Поэтому у разработчиков созрело решение упростить и сократить систему команд, с тем, чтобы увеличить место на кристалле для размещения операционной части микропроцессора. Это решение вылилось в разработке RISC – архитектуры, основная стратегия которой заключалась в том, чтобы обеспечить рост производительности с помощью высокой скорости выполнения большого числа простых операции, а не уменьшения количества команд, как при CISC – архитектуре.

RISC (Reduced Instruction Set Computing – вычисления с сокращенным набором команд). МП с этой архитектурой впервые появились в 1980 г., когда фирмой Silicon Graphics впервые были разработаны миникомпьютеры RISC-1 и RISC-2. Основные принципы RISC – архитектуры заключаются в следующем.

1. Любая операция, вне зависимости от её типа, должна выполняться за один такт.

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

3. Операции обработки данных реализуются только в формате «регистр – регистр». Обмен между оперативными регистрами и памятью (модификация переменных в памяти) выполняется только с помощью команд загрузки/записи.

4. Состав системы команд должен быть достаточно «удобен» для компиляции операторов языков высокого уровня.