36. Гарвардская и разнесенная архитектуры микропроцессоров

Архитектурой вычислительного устройства называют совокупность свойств и характеристик, определяющих модель вычислительного устройства с точки зрения пользователя: программно доступные регистры, разрядность слова, система команд, адресное пространство, схема обработки прерываний, способы адресации, быстродействие.

Архитектура – это логическая организация вычислительного устройства с точки зрения пользователя, определяющая возможности устройства.

Развитие архитектуры увеличивает производительность за счет рациональной системы команд, экономии времени при обращении к памяти, улучшения использования вычислительных ресурсов процессора: АЛУ, регистров, магистрали. Одним из способов повышения производительности – параллельная обработка информации, означающая одновременное выполнение не зависимых друг от друга операций различными устройствами.

Гарвардская архитектура микропроцессоров предлагает наличие отдельных устройств памяти для команд и данных. Преимущество такой организации памяти отражается в структуре команд, упрощая адресную часть. Кроме того, выборка команд может происходить одновременно с выборкой данных.

Степень интеграции – количество элементов в одном кристалле или на одном чипе.

Проектной нормой называют размер одного транзистора интегральной микросхемы. Увеличение степени интеграции и уменьшение проектной нормы приводит к увеличению тактовой частоты. Совершенствование архитектуры микропроцессора приводит к усовершенствованию без повышения тактовой частоты.

37. Процессоры с длинным командным словом

В процессорах с длинным командным словом (Very Long Instruction Word) использу- ется альтернативный суперскалярной обработке принцип распараллеливания по- следовательного алгоритма. В основном вся тяжесть планирования загрузки большого числа исполнительных устройств в таком процессоре (а у него блочное операцион- ное устройство) ложится на программиста, или - на оптимизирующий компилятор. В процессор поступают уже сформированные триады для всех исполнительных устройств, так что ему только остается выполнять эти длинные команды. В результате он не огра- ничен размером окна исполнения, так как и программист, и компилятор видят весь код программы, и могут извлечь из него максимальный параллелизм. Такой подход позволяет достичь принципиально более высокой производительности (например, тестирование процессоров Itanium с архитектурой IA-64, использующей прин- ципы VLIW, указывает на 10-кратное ускорение при выполнении ряда вычислений), но такие процессоры обладают и рядом недостатков: - в целом менее эффективная загрузка исполнительных устройств, так как не всегда можно сформировать достаточное количество команд для параллельного исполнения; - сложности обработки условных переходов; - сложность программирования и др. Последнее обстоятельство ограничивает применение процессоров VLIW, даже Intel, в персональных ЭВМ, так как для этого придется кардинально переписывать все программ- ное обеспечение, поскольку в существующем виде оно не даст прироста производитель- ности на этих процессорах. Сфера применения VLIW-процессоров пока ограничена сер- верами, производительными рабочими станциями, а также многопроцессорными ЭВМ. Что касается обработки условных переходов, то тут можно отметить широкое исполь- зование в процессорах VLIW так называемых условных (conditional) команд. Это коман- ды, использующие предварительно рассчитанные логические значения (предикаты), для выполнения, либо пропуска какого-то действия (наподобие операторов языков высокого уровня c := iif (a>b, a, c)), что позволяет избавиться от нескольких ветвей при коротких условных переходах и использовать один поток команд без необходимости предсказывать адрес для следующей выборки.