12. Особенности risc и cisc архитектуры.

Принципы RISC-архитектуры:

1. Любая операция вне зависимости от типа выполняется за 1 такт.

2. Операция обработки данных реализуется в формате регистр-регистр. Обмен между ОП и регистром осуществляется с помощью специальных команд чтения или записи.

3. Система команд должна содержать min число наиболее часто используемых команд одинаковой длины.

4. Состав системы команд должен быть оптимизирован с учетом требований компиляторов высокого уровня.

Особенности реализации:

1. выполнение команды за 1 такт -> конвейер

2. высокая степень дробления конвейера

3. большое количество регистров (до 136 регистров)

При реализации регистров используют метод перекрываемых регистров. Большое количество регистров позволяет передавать информацию через последовательность регистров.

Рг временного хранения

Рг локальных переменных

Рг параметров

Рг временного хранения

Рг локальных переменных

Рг параметров

Рг глобальных переменных

Процедурам динамически выделяются небольшие группы регистров фиксированной длины – окна. Окна последовательных процедур перекрываются, т.е. осуществляется передача данных. При вызове процедуры процессор переключается на работу с другим регистровым окном и в передаче информации в память нет необходимости.

1 окно содержит параметры, передаваемые данной процедуре от ее вызвавшей и результаты вызываемой процедуры при возврате в нее. 2 окно содержит локальные и временные параметры. 3 окно является буфером для 2-х стороннего обмена между процедурами. Т.к. в RISC процессорах используется высокая система дробления конвейера, то неправильное предсказание приводит к очистке всех ступеней конвейера, что в итоге снижает производительность на 20-30%. Учитывая, что команды УП в RISC прогах появляются через каждые 10-12 команд (в CISC через 5-6), поэтому используют гибридные способы.

Для реализации эффективного предсказания переходов при конвейеризации команд используют метод переименования регистров, позволяющий использовать тот регистр, который наиболее эффективен для процессора.

Достоинства и недостатки RISC: 1) для RISC характерна простая структура УУ, что позволяет расположить на кристалле дополнительные регистры, блоки памяти и т.д.; 2) ориентировано на потоковую конвейерную обработку

недостатки RISC: 1) из-за небольшого количества команд на 30% длиннее, чем CISC; 2) большое количество регистров приводит к необходимости дешифрации, что увеличивает время доступа; 3) УУ всегда аппаратные и всегда менее гибко, склонно к ошибкам.

В настоящее время создатели RISC позаимствовали идею CISC и сложные инструменты, которые для программиста неделимы, разделены на множество RISC инструментов, которое выполняется схемным УУ.

12. Стратегии выдачи и завершения команд суперскалярных процессоров

В режиме параллельного выполнения нескольких команд процессор должен следить в какой последовательности: 1) ему выбирать команды из памяти; 2) выполнять команды; 3) позволяет изменять регистры и ячейки памяти.

В общем виде стратегию выдачи и завершения команд можно сгруппировать в следующем виде: 1) УВУЗ; 2) УВНЗ; 3) НВНЗ.

Предположим, что процессор способен одновременно выбирать и дешифрировать 2 команды. Передача обеих команд на дешифрацию происходит также одновременно. В состав процессора входит 3 ФБ (сложение, умножение и деление), 2 устройства, обеспечивающих запись результата.

Стратегия УВУЗ

Цикл	ДК		ИК		*	ЗД
1	1	2
2	3	4	1	2
3	3	4	1
4		4			3	1	2
5	5	6			4
6		6		5		3	4
7				6
8						5	6

УВУЗ – простейшая. В настоящее время используется как точка отсчета при сравнении различных стратегий. Особенности: Все, что затрудняет завершение команды в одном конвейере, приостанавливает и другой, т.к. команды должны покидать конвейер в порядке их поступления.
Стратегия УВНЗ

Цикл	ДК		ИК			ЗД
1	1	2
2	3	4	1	2
3		4	1		3	2
4	5	6			4	1	3
5	5	6		5		4
6				6		5
7						6

Данная стратегия позволяет одному из конвейеров работать при приостановке в другом. При этом команды, стоящие позже, могут быть выполнены раньше предыд. Процессор должен гарантировать, что результаты не будут записаны в память, а регистры не будут модифицированы в неправильной последовательности. При реализации данной стратегии программный код может быть выполнен на 1 цикл меньше.

Стратегия НВНЗ

Цикл			Окно
1	1	2	1, 2
2	3	4	3, 4	1	2
3	5	6	4, 5, 6	1		3	2
4			5		6	4	1	3
5					5		4	6
6							5

Стратегия разрешает процессору нарушать предписанный порядок выдачи команд на исполнение. Чтобы обеспечить неупорядоченную выдачу в конвейере необходимо max развязать ступени декодирования и исполнения. Это обеспечивается с помощью БП, которую наз. окном команд.

Каждая декодированная команда вначале помещается в окно команд. Процессор может продолжить выборку и декодирование вплоть до полного заполнения буфера. Выдача команд на исполнение определяется не последовательностью поступления команд, а мерой их готовности.

Окно не является дополнительной ступенью конвейера, т.е. не сказывается на производительности конвейера. При данной стратегии команда 6 готова ранее, чем команда 5 и поэтому она исполняется раньше, это приводит к уменьшению времени выполнения программного кода на 1 цикл. В НВНЗ команда не может быть выдана, если она приводит к зависимости или конфликту. Эффективность заключается в том, что к выдаче готово большее количество команд, что позволяет уменьшить вероятность приостановки конвейера.