9. Cisc и risc архитектуры мп. Особенности risc архитектуры.

Расширение набора команд, увеличение числа способов адресации, введение сложных команд сопровождаются увеличением длины кода команды, в первую очередь кода операции, что может приводить к использованию “расширяющегося кода операции”, увеличению числа форматов команд. Это вызывает усложнение и замедления процесса дешифрации кода операции и других процедур обработки команд. Возрастающая сложность процедур обработки команд заставляет прибегать к микропрограммному управлению устройствами с управляющей памятью вместо более быстродействующего устройства управления с “жесткой” логикой.

Сложный процессор с микропрограммным управлении трудно реализовать на одном кристалле, а это ведет к увеличению длинны межмодульных связей, таким образом устроены большинство процессоров с полным набором команд.

Напротив, при сокращении количества команд до некоторого оптимального значения, можно сократить длину команд и упростить управляющее устройство МП. Поэтому при проектировании структуры МП выделилось два направления в отношении набора системы команд:

• CISC (Complicated Instruction Set Computer — использующий полный набор команд). Традиционная архитектура с широкой системой команд МП.

• RISC (Reduced Instruction Set Computer). Архитектура с сокращенным набором команд.

При использовании RISC архитектуры выбор набора команд и структуры процессора направлены на то, чтобы команды набора выполнялись за один машинный цикл МП. Выполнение более сложных, но редко встречающихся операций обеспечивают подпрограммы, состоящие из набора простых команд.

Анализ использования различными задачами ресурсов МП показывает, что в основном МП обрабатывает одни и те же инструкции из небольшого подмножества полной системы команд.

В первую очередь это команды чтения/записи и команды переходов. Поэтому для ускорения работы МП необходимо оптимизировать в первую очередь эти команды.

В ЭВМ с RISC-архитектурой машинным циклом называется время, в течение которого производится выборка двух операндов из регистров, выполнение операции в ALU и запоминание результата в регистре. Большинство команд в RISC-процессорах являются быстрыми командами типа регистр-регистр и выполняются без обращения к ОП. Обращение к памяти производится лишь в командах загрузки регистров из памяти и запоминание их в ОП.

Поскольку одной из главных задач данных МП является уменьшение количества обращений к ОП, то характерная особенность RISC-процессоров - большое количество регистров.

Вследствие сокращенного набора команд (примерно 50-100), небольшого числа способов адресации (2-3 и в основном регистровая) упрощается управляющее устройство МП, которое в этом случае обходится без микропрограммного управления и его устройство управления может быть выполнено на “жесткой” логике. Упрощение структуры МП приводит к появлению свободного места на кристалле для реализации дополнительных схем.

Характерные особенности RISC -процессоров:

1. Одинаковая длина команд (упрощает выборку инструкций из памяти);

2. Использование большого количество регистров, соответственного типа архитектуры (регистровая, ортоганальнорегистровая) - снижает использование ОП;

3. 2-3 способа адресации, в основном регистровая.

4. Устройство управления на жесткой логике.

5. Сокращенный набор команд - 50-100 команд (позволяет обойтись без схемы микропрограммного управления);

6. Простые способы адресации памяти (обеспечивает отсутствие сложных вычислений адреса);

7. Отсутствие совмещенной операции чтения/записи с обработкой данных;

8. Необходимость соответствующей компиляции программ для повышения эффективности;

9. Несовместимость с набором команд CISC МП (непереносимость exe. – файлов).

Например, POWER PC в настоящее время вынужден работать с программами, написанными для CISC – МП. Процессор самостоятельно транслирует сложные команды в ряд простых, что снижает его эффективность.

В настоящее время CISC и RISC сливаются, т.к. большинство CISC МП основаны на ядре RISC.

Достоинства: высокая тактовая частота; высокая скорость выполнения команд; уменьшение площади кристалла: МП POWER PC — 121 мм2, Pentium — 292 мм2. уменьшение мощности потребления: МП POWER PC — 8,5 Вт, Pentium — 16 Вт. уменьшение стоимости.

Недостатки: необходимость моделирования сложных команд;