ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ
К
62
Тракт данных |
|
A+B |
|
A |
Регистры |
|
|
B |
|
|
Входной регистр АЛУ |
A |
B |
|
Входная шина АЛУ |
A+B |
Выходной регистр АЛУ |
ТРАКТ ДАННЫХ
Большинство команд можно разделить на две группы: команды типа регистр-память и типа регистр-регистр.
Цикл тракта данных.
Центральный процессор выполняет каждую команду за несколько шагов:
1.вызывает следующую команду из памяти и переносит ее в регистр команд;
2.меняет положение счетчика команд, который теперь должен указывать на следующую команду;
3.определяет тип вызванной команды;
64
ТРАКТ ДАННЫХ
Центральный процессор выполняет каждую команду за несколько шагов:
4.если команда использует слово из памяти, определяет, где находится это слово;
5.переносит слово, если это необходимо, в регистр центрального процессора;
6.выполняет команду;
7.переходит к шагу 1, чтобы начать выполнение следующей команды.
Такая последовательность шагов (выборка — декодирование — исполнение) является основой работы всех компьютеров.
65
CISC
CISC (Complex Instruction Set Computing вычисления с полным набором команд) архитектура процессоров, характеризующаяся следующими свойствами:
нефиксированное значение длины команды;
исполнение операций кодируется в одной инструкции;
небольшое число регистров, каждый из которых выполняет строго определённую функцию;
большое количество методов адресации;
большое количество машинных команд, некоторые из которых нагружены семантически аналогично операторам высокоуровневых языков программирования и выполняются за много тактов;
большое количество форматов команд различной
разрядности. |
66 |
RISC
RISC (Reduced Instruction Set Computing вычисления с сокращённым набором команд) архитектура процессоров, характеризующаяся следующими свойствами:
фиксированная длина машинных инструкций и простой формат команды;
одна инструкция выполняет только одну операцию с памятью – чтение или запись;
большое количество регистров общего назначения (32 и более).
67
RISC
Современные компиляторы используют преимущества другой оптимизационной техники для повышения производительности, обычно применяемой в процессорах RISC - реализацию задержанных переходов и суперскалярной обработки, позволяющей в один и тот же момент времени выдавать на выполнение несколько команд.
Недостатки RISC архитектуры:
1.RISC команды более медленны, для их выполнения используется многоступенчатый конвейер, однако всякий раз при ветвлении программы конвейер сбрасывается и заполняется заново;
68
RISC
Недостатки RISC архитектуры:
2. с увеличением быстродействия растёт разрыв между быстрым процессором и медленной памятью, для увеличения скорости доступа к памяти необходимо использовать кэш память для буферизации потоков данных и команд, однако кэш память усложняет и удорожает систему в целом;
3. RISC процессоры неэффективны на операциях вызова и возврата подпрограмм. Эффективность этого механизма критична для языков высокого уровня. Многие RISC процессоры используют большой регистровый файл с окнами для облегчения вызова подпрограмм. Однако, окно должно быть достаточно большое для сохранения локальных данных. Большой регистровый файл – это потеря наиболее драгоценных
ресурсов процессора и замедление при переключении контекста |
|
на его сохранение и восстановление. |
69 |
|
|
RISC
Тем не менее, современные процессоры Intel и AMD являются CISC-процессорами с RISC-ядром.
Они непосредственно перед исполнением преобразуют CISC- инструкции процессоров x86 в более простой набор внутренних инструкций RISC.
В микропроцессор встраивается аппаратный транслятор, превращающий команды x86 в команды внутреннего RISC- процессора.
При этом одна команда x86 может порождать несколько RISC- команд. Исполнение команд происходит параллельно на суперскалярном конвейере.
70
70
MISC
MISC (англ. Minimal Instruction Set Computer — минимальный набор команд) – архитектура процессоров, характеризующаяся следующими свойствами:
небольшое число чаще всего встречающихся команд;
принцип VLIW (Very long instruction word – очень длинное командное слово) – укладка нескольких команд в одно большое слово, позволяет обрабатывать одновременно несколько потоков данных, обеспечивает выполнение группы непротиворечивых команд за один цикл работы процессора;
порядок выполнения команд распределяется таким образом, чтобы в максимальной степени загрузить маршруты, по которым проходят потоки данных.
71