Архитектура процессора. Системы команд микропроцессоров (risc-, cisc- и vliw – архитектура процессоров).
Процессор – устройство, в котором сосредоточены средства обработки данных и обработки команд. Согласно принципу Глушкова ВМ: любое устройство обработки цифровой информации можно разделить на 2 блока: операционный и управляющий, каждый из которых возможно разрабатывать независимо.
О
перационный
блок предназначен для обработки
операндов. Содержит регистры, сумматоры,
логические схемы и т.п., то есть набор
цифровых элементов, с помощью которых
можно фиксировать цифровые данные и
манипулировать ими.
Функции операционного блока: прием, хранение, преобразование и выдача результатов. Выдает во внешнюю среду оповещающие сигналы. U={u1, u2, .., un}. Также операционный блок может выполнять набор элементарных преобразований (передача кода из регистра в регистр, сдвиг, получение доп и обр кода). Элементарные операции выполняются при поступлении в соотв операционный блок соответствующих управляющих сигналов V= {v1, v2, …, vm}. Элементарная функциональная операция выполняется за 1 такт и приводимая к действиям управляющим сигналом микрооперация. Часто в некоторых тактах подается несколько управляющих сигналов. Происходит параллельное выполнение нескольких микроопераций (микрокоманд. 1мкопер-1мкком).
Микрооперация – элементарная функциональная операция, выполняемая за один такт и приводимая в действие управляющим сигналом. Микрокоманда – несколько параллельно выполняемых микроопераций.
Управляющий блок вырабатывает распределенную во времени последовательность сигналов V= {v1, v2, …, vm}, которая определяется кодом z и сигналами оповещения U. УБ может быть построен как автомат на жёсткой или на программируемой логике. Последовательность микрокоманд обеспечивающих управление данной операцией z - микропрограмма данной операции.
Система команд процессора.
Представляет собой конечное множество команд (и соответствующих микропрограмм) для выполнения различных операций. Команды характеризуются адресностью, которая зависит от способа адресации. Классификация способов адресации:
Явная и неявная
При явной адресации операнда в команде есть поле адреса этого операнда, в котором задается адресный код Ак. Большинство методов адресации являются явными.
При неявной адресации адресное поле в команде отсутствует, адрес операнда подразумевается кодом операции.
2. По кол-ву обращений (r) к памяти: r=0 – непосредственная, r=1 – прямая, r=2 – косвенная
3. По способу формирования адреса: абсолютная (извлекается готовый адрес), относительная (адрес формируется из компонентов: база,индекс,смещение)
Этапы выполнения команды: выборка, дешифрация, формирование физических адресов, выборка операндов, выполнение операции, запоминание результата.
Возможна организация конвейера, так как во время выполнения одного этапа блоки, отвечающие за другие этапы, простаивают. Тогда все этапы должны иметь примерно равное время выполнения. Архитектуры процессоров
CISC (Complex Instruction Set Computing) - вычисления со сложным набором команд, традиционная архитектура процессоров с широким набором различных машинных команд переменной длины и разным временем их исполнения в противоположность RISC-процессорам.
RISC (Reduced Instruction Set Computing) - вычисления с сокращённым набором команд, архитектура процессоров, построенная на основе сокращённого набора команд. Характеризуется наличием команд фиксированной длины, большого количества регистров, операций типа регистр-регистр, отсутствием косвенной адресации. Преимущества: более простые и быстрее исполняемые машинные команды, проще организовать конвейер
VLIW (Very Long Instruction Word) - архитектура с командными словами очень большой длины, в такой команде объединено несколько обычных команд, которые выполняются одновременно (параллельно) разными функциональными блоками процессора для повышения его быстродействия. Рост производительности достигается за счет того, что процессору не нужно тратить время на организацию параллелизма на уровне команд. Группирование параллельно исполняемых операций выполняется компилятором.