шпоргалка / Ответы / 23-1

Сегодня наибольшее распространение имеют одно-, двух- и трехадресные команды (рис. 5.2). Трехадресные команды характер­ны для компьютеров с сокращенным набором команд. Первый и второй адреса такой команды указывают месторасположение опе­рандов, в третий адрес (ячейку памяти) заносится результат опе­рации. Для определения адреса следующей выполняемой команды служит счетчик команд (IP), к содержимому которого после вы­полнения любой команды добавляется ее длина в байтах. Для пе­рехода к выполнению команды, которая занимает не следующую по порядку ячейку памяти, в машине предусматривают специаль­ные команды переходов. Трехадресные команды используются в так называемых RISC-компьютерах (машинах с сокращенным на­бором команд); в них операнды размещают в регистрах общего назначения, число которых может достигать 256. Загрузка этих регистров из памяти осуществляется специальной схемой, назы­ваемой контроллером или процессором загрузки.

Команды RISC-процессора обычно имеют фиксированный формат, что позволяет извлекать команду из памяти за одно обра­щение. Однако фиксированный формат исключает прямую адре­сацию памяти. Дешифрация кода операции, осуществляемая ис­ключительно аппаратными средствами, также выполняется за один такт. Такие процессоры используют трехадресные операционные команды типа RR и содержат кэш-памяти достаточно большого объема. Все это приводит к ускорению выполнения программ, несмотря на то что их длина (т. е. число команд) несколько увели­чивается.

В RISC-процессорах реализуются средства повышения произ­водительности, характерные для CISC-систем: суперскалярность (несколько команд выполняются за один машинный такт) и пред­сказание переходов.

Для RISC-процессоров характерно наличие средств поддерж­ки мультипроцессности и компиляторов, позволяющих выпол­нять оптимизацию программ. Кроме того, на компилятор возлага­ются дополнительные функции по контролю над вычислитель­ным процессом, в том числе:

распределение регистров, уменьшающее число команд пере­сылки данных между регистрами и памятью;

защита памяти;

контроль переполнения;

предотвращение блокировок конвейеров и т. п.

Компилятор должен так формировать программу, чтобы при­знаки результата использовались не следующей по порядку ко­мандой, а через одну (или две).

В настоящее время большинство процессоров персональных компьютеров выполняют в виде одной или, реже, нескольких интегральных схем, которые принято делить на процессоры об­щего назначения и специализированные. К числу процессоров об­щего назначения относятся популярные процессоры Pentium фир­мы Intel, большинство процессоров фирмы AMD, а также фирмы Apple. Из-за большой сложности таких процессоров число изго­тавливающих их фирм очень мало. Процессоры персональных ком­пьютеров изготавливаются в виде БИС и требуют сложнейшего оборудования стоимостью в сотни миллионов долларов.

Для повышения производительности в микропроцессорах пер­сональных компьютеров используют технические решения, по­добные тем, что применяются в современных быстродействую­щих RISC-процессорах. Наиболее часто для повышения произво­дительности процессоров в персональных компьютерах использу­ют:

суперскалярную обработку данных, предусматривающую запуск и параллельное выполнение нескольких команд из одной про­граммы;

увеличение разрядности шины для передачи данных и команд между процессором и памятью до 64 бит, а иногда и больше;

внутреннюю кэш-память команд и данных первого уровня до­статочно большой емкости;

внешнюю кэш-память второго уровня, емкость которой состав­ляет несколько сотен килобайт.

Кроме того, в большинстве этих микропроцессоров предус­матривается:

изменение последовательности выполнения команд, т.е. вы­полнение команд в последовательности, отличной от той, в кото­рой они находятся в программе. Это повышает производитель­ность процессора, так как ему не нужно ждать результатов преды­дущих операций для выполнения последующих;

переименование регистров, позволяющее «увеличить» разме­ры блока регистров, т. е. ослабить влияние самого главного недо­статка архитектуры CISC.

Однако перед рассмотрением перечисленных механизмов по­вышения производительности нужно познакомиться с функция­ми и структурой устройства управления.