Многокристальные и секционные процессоры

Однокристальные процессоры выполнены на одной БИС. Характерные их особенности: фиксированная разрядность данных, фиксированная система команд, наличие в схеме шин обмена данными.

Многокристальные процессоры получаются путем разбиения структуры на функционально законченные части и реализации этих частей на отдельных БИС. Например 3-х кристальный процессор содержит БИС операционного процессора (ОП), управляющего процессора (УП), интерфейсного процессора (ИП). Сложность ОП и УП определяются их разрядностью, системой команд и требованиями к системе прерываний, сложность ИП – разрядностью и возможностями подключения других устройств. Части многокристального процессора автономны и выполняют заранее оговоренные функции, а для построения полного процессора не требуется организации новых связей.

Секционные процессоры получают, когда в виде БИС реализуются секции логической структуры при разбиении ее вертикальными плоскостями. Для построения многоразрядных процессоров при параллельном включении БИС в них добавляются средства стыковки. Секционность позволяет наращивать разрядность данных. Например, немецкая суперЭВМ Супергластер выполнена в виде наращиваемой системы, содержащей от 64 до 1000 секционных процессоров (их называют транспьютерами), система Гигагластер имеет 16384 транспьютера.

Тип архитектуры

В зависимости от набора и порядка выполнения команд процессоры делятся на несколько классов.

CISC – традиционная архитектура, появились раньше других. Это процессоры с полным набором команд. Команды могут иметь различную длину, методы адресации и требуют сложных электронных цепей для декодирования и исполнения. Анализ работы процессора показал, что в течении 80% времени выполняется лишь 20 % большого набора команд. Была поставлена задача оптимизации выполнения небольшого количества часто используемых команд.

RISC - процессоры с ограниченным набором команд. Если в CISC процессоре для выполнения команды необходимо 10 тактов, то RISC процессоры выполняют большинство команд за один такт Они включают только часто используемые команды. Такие процессоры очень просты и быстро разрабатываются. Их характеристики:

• упрощенный набор команд, имеющих одинаковую длину;

• большинство команд выполняется за 1 такт;

• отсутствуют микрокоманды, усложняющие структуру процессора;

• уменьшено число способов адресации;

• используется конвейер команд, позволяющий обрабатывать несколько команд одновременно; применяется высокоскоростная память.

Новый подход к архитектуре сократил площадь, занимаемую процессором на кристалле интегральной схемы, что позволило увеличить число регистров (их уже более 100). В результате процессор реже обращается к оперативной памяти, что повышает скорость.

MISC – процессор с минимальным набором команд. Увеличение разрядности процессоров дало возможность укладывать несколько команд в одно слово размером 128 бит. Процессор в этом случае обрабатывает сразу несколько команд, что повышает скорость. У этих процессоров небольшое количество часто встречающихся команд. Части процессора очень просты и работают с высокими скоростями.

WLIM – процессор, работающий с системой команд сверхбольшой разрядности. Создается специальный компилятор планирования, который перед выполнением каждой прикладной программы проводит ее анализ и определяет группу команд, которые могут выполняться параллельно. Каждая такая группа образует одну сверхдлинную команду. Таким образом, появляется возможность в течение одного такта выполнить группу коротких команд и упрощается структура процессора. Этим технология WLIM отличается от обычной суперскалярности, при которой отбор одновременно выполняемых команд происходит в ходе выполнения прикладной программы, а не заранее.