Машинный уровень организации
По системе команд и архитектуре различают 2 вида процессоров CISC и RISC.
CISC (англ. Complex instruction set computing, или англ. Complex instruction set computer — компьютер с комплексным набором команд) — концепция проектирования процессоров, которая характеризуется следующим набором свойств:
нефиксированное значение длины команды;
арифметические действия кодируются в одной команде;
небольшое число регистров, каждый из которых выполняет строго определённую функцию.
Недостатки CISC архитектуры:
высокая стоимость аппаратной части;
сложности с распараллеливанием вычислений.
Типичными представителями являются процессоры на основе x86 команд (исключая современные Intel Pentium 4, Pentium D, Core, AMD Athlon, Phenom, которые являются гибридными) и процессоры Motorola MC680x0.
Методика построения системы комманд CISC противоположна другой методике - RISC.
RISC (англ. Restricted (reduced) instruction set computer[1][2] — компьютер с сокращённым набором команд) — архитектура процессора, в которой быстродействие увеличивается за счёт упрощения инструкций, чтобы их декодирование было более простым, а время выполнения — короче. Первые RISC-процессоры даже не имели инструкций умножения и деления. Это также облегчает повышение тактовой частоты и делает более эффективной суперскалярность (распараллеливание инструкций между несколькими исполнительными блоками).
Характерные особенности RISC-процессоров:
Фиксированная длина машинных инструкций (например, 32 бита) и простой формат команды.
Специализированные команды для операций с памятью — чтения или записи. Операции вида «прочитать-изменить-записать» отсутствуют. Любые операции «изменить» выполняются только над содержимым регистров (т. н. архитектура load-and-store).
Большое количество регистров общего назначения (32 и более).
Отсутствие поддержки операций вида «изменить» над укороченными типами данных — байт, 16-битное слово. Так, например, система команд DEC Alpha содержала только операции над 64-битными словами, и требовала разработки и последующего вызова процедур для выполнения операций над байтами, 16- и 32-битными словами.
Отсутствие микропрограмм внутри самого процессора. То, что в CISC процессоре исполняется микропрограммами, в RISC процессоре исполняется как обыкновенный (хотя и помещённый в специальное хранилище) машинный код, не отличающийся принципиально от кода ядра ОС и приложений.
Различие этих концепций состоит в методах программирования, а не в реальной архитектуре процессора. Практически все современные процессоры эмулируют наборы команд как RISC так и CISC типа.
В рабочих станциях, серверах среднего звена и персональных компьютерах используются процессоры с CISC. Наиболее распространенная архитектура команд процессоров мобильных уcтройств - SOC (System on chip) и мэйнфреймов - RISC. В микроконтроллерах различных устройств RISC используется в подавляющем большинстве случаев.
Форматы команд
Развитие структуры ЭВМ происходит в том числе вследствие уменьшения поля адреса. С появлением RISC процессоров произошел возврат к расширенной адресности системы команд. Говоря о базовом уровне, речь идет о СISC процессорах. Первоначально система команд имела следующий формат:
Но развитие архитектуры коснулось процессора и его внутренней памяти. Это привело к тому, что в процессорах появились специальные регистры, которые всегда используются в вычислениях. АСС := (АСС)*Y
3. Длина команды должна быть кратна длине базовой структурной информационной единице (т.е. либо команда должна занимать целое число байт или слов, или в одном слове должно находится целое число команд). Если в одном слове не целое число команд, то либо память недоиспользуется, либо усложняются процедуры выбора команд. Кроме того, длина команды должна выбираться с учетом длины кодов адресов обрабатываемых данных.
