12. Особенности архитектуры cisc и risc микропроцессоров.

Любой микропроцессор характеризуется своим набором команд (языком). В ходе эволюционного, а порою и революционного развития микропроцессоров наметилась тенденция к выпуску микропроцессоров двух основных и принципиально разных классов: CISC (Complex Inctruction Set Commands) – процессоры с полным набором инструкций (комманд) и RISC (Reduced Inctruction Set Commands) – процессоры с сокращенным набором инструкций (команд). Самые распространенные микропроцессоры Pentium относятся к категории CISC, хотя внутри и используют архитектурные решения RISC-процессоров. Эти процессоры изначально имели обширный набор команд (более 200), который время от времени существенно пополнялся. Процессоры CISC были достаточно сложны в реализации, но программировались сравнительно просто, поскольку имели для этого множество нужных и достаточно мощных команд. Теоретически было доказано, что набор команд можно существенно сократить и использовать короткие и достаточно быстрые команды. Это и было реализовано в процессорах класса RISC. Эти процессоры нередко применяются в карманных компьютерах, поскольку они потребляют меньше электрической энергии (особенно это важно для ноутбуков) и менее сложны технологически. В наше время признано, что особых преимуществ друг перед другом процессоры этих двух классов не имеют и развиваются параллельно.

13. Стадии выполнения команды с точки зрения взаимодействия процессора и памяти.

Процессорный конвейер работает следующим образом: весь цикл выполнения команды разбивается на несколько участков (обычно их называют стадиями), которые выполняются последовательно. Продолжительность выполнения каждой стадии значительно меньше выполнения всей команды, как если бы она была одним целым. Так, например, команда чтения данных в регистр из произвольного адреса в оперативной памяти может быть разбита на следующие стадии :

- Выборка команды из оперативной памяти

- Декодирование команды

- Выдача команды на исполнительные устройства

- Установка адреса на адресной шине процессора

- Чтение данных из выбранной ячейки оперативной памяти

- Копирование считанных данных в заданный регистр

При конвейеризации происходит совмещение во времени различных стадий. Данные поступают на первую стадию конвейера, обрабатываются и переходят на вторую стадию, в то время как на первую стадию поступают новые данные. Конвейеризация широко применяется в современных микропроцессорах. Очевидно, что скорость работы конвейера равна скорости самой медленной его стадии. Поэтому имеет смысл разбить медленные ступени конвейера дополнительно еще на несколько стадий. В 486 процессоре длина конвейера была 5 стадий, в процессоре Pentium4 конвейер имеет длину 20 стадий.

14. Регистры процессора и их роль в организации вычислений.

Для выполнения большинства операций нужно где-то хранить входные данные, промежуточные и итоговые результаты вычислений. Для этого процессор имеет свои быстродействующие устройства памяти, называемые регистрами. Регистры общего назначения имеют порты ввода и вывода данных. Они служат для организации многопроцессорной работы и для многозадачной работы. Микропроцессор имеет множество регистровых операций, например очистки регистров, перемещения чисел из одного регистра в другой и т.д. Адрес выполняемой команды определяется по программному счетчику. Программный счетчик – это регистр устройства управления, содержимое которого соответствует адресу очередной выполняемой команды; служит для автоматической выборки команд программы из последовательных ячеек памяти. Стек – способ хранения информации (т.е. среда для размещения данных для возврата из подпрограмм, а также их аргументов и автоматических данных.