Арифметические особенности risc процессоров.

Возможность увеличения аппаратной поддержки в арифметических операциях благодаря уменьшению места на кристалле благодаря уменьшению управляющей части.

Все RISC компьютеры удовлетворяли последовательному стандарту обработки данных (ANSI).

С фиксированной запятой 32 бита

С плавающей запятой 64 бита

В арифметическом логическом устройстве применялись схемные методы ускоряющие выполнение операции (одновременно использование нескольких вариантов разрядов в одном такте).

Рассмотрим пример сравнения.

Сравнение CISCиRISC– компьютеров.	VAX (CISC)	SPARC (RISC)
Статика
По тексту программы	1	1.5
Операции обращения к памяти	1	1.5
Фиксированная арифметика	1.5	1
Плавающая арифметика	1	3…4
Динамика
Число строк	1	3…4
Обращения к памяти	1	3…5
Фиксированная арифметика	2…2.5	1
Плавающая арифметика	1	2…2.5

T_{программы}=N_{команды}xC_{такт/ком}xT_такт

(T– длительность такта)

N_комRISC= (1.2 / 1.5)*N_комCISC

C_{такт/ком. CISC} = (5 / 10)*C_{такт/ком. RISC}

T_CISC= (3 / 4)*T_RISC

RISC 500МГц, а CISC  на семь лет позже

Т_{прогр.CISC}=(10 - 20)Т_{прогр.RISC}

Это соотношение справедливо для программ с большим числом арифметических операций.

Основные достоинства RISC процессоров:

1. Повышение производительности обработки программ вычислительных задач.

2. Благодаря простым командам и форматов сокращенного разработки RISC процессора.

3. Улучшение технологичности RISC благодаря большой свободе размещения элементов на кристалле интегральной схемы.

Недостатки:

1. Нарушение основных принципов программирования:

1. Минимизация длины исполнительного кода.

2. Снижение семантического разрыва между исходным описание и машинным кодом (как принцип).

2. Сложность построения компилятора, поскольку программа на языке высокого уровня должна транслироваться в машинные команды.

3. Сложность программирования на ассемблере.

4. Узким местом является быстродействие памяти.

10

В данном процессоре длина слова составляет 16 бит, что равно 2 байтам. Минимально адресуемой и обрабатываемой единицей информации является байт, при этом адрес слова совпадает с адресом младшего байта и является четным. Максимальная емкость памяти 2¹⁶=64 Кб. Для расширения адресного пространства, используется сегментирование памяти. Максимальная длина каждого сегмента равна 64Кб. Адрес образуется парой сегмент (16 бит) и смещение (16 бит) в пределах сегмента

Segment:Offset

Смещение сдвигается на 4 бита влево и суммируется со значением сегментом, результатом является 20-битный физический адрес, чем обеспечивается алресация 1 Мб памяти.

Программно доступные регистры процессора

Начиная с 80386, процессоры Intelпредоставляют 16 основных регист­ров для пользовательских программ плюс еще 11 регистров для работы с числами с плавающей запятой (FPU/NPX) и мультимедийными при­ложениями (ММХ). Все команды так или иначе изменяют значения ре­гистров, и всегда быстрее и удобнее обращаться к регистру, чем к памяти.

Регистры общего назначения

16-битные регистры АХ (аккумулятор), ВХ (база), СХ (счетчик), DX(регистр данных) могут использоваться без ограничений для любых це­лей - временного хранения данных, аргументов или результатов различ­ных операций. На самом деле, начиная с процессора 80386, все эти регистры имеют размер 32 бита и называ­ются они ЕАХ,EВХ,EСХ, EDX. Кроме этого, отдельные байты в 16-бит­ных регистрах АХ - DX тоже имеют свои имена и могут использоваться как 8-битные регистры. Старшие байты этих регистров называются АН, ВН, СН, DH, а младшие -AL,DL,CL,DL.

Другие четыре регистра общего назначения - SI (индекс источни­ка), DI (индекс приемника), BP (указатель базы), SP (указатель сте­ка) - имеют более конкретное назначение и могут применяться для хра­нения всевозможных временных переменных, только когда они не используются по назначению. Регистры SIиDIиспользуются в стро­ковых операциях, ВР иSPиспользуются при работе со стеком. Так же как и с регистрами АХ -DX, начиная с процессора 80386, эти четыре регистра являются 32 битными и называютсяESI,EDI,EВР иESPсоответственно.

Сегментные регистры

При использовании памяти для формирования любого адреса применяются два числа - адрес начала сегмента и смещение искомого байта относительно этого начала. В процессорах Intelпредусмотрены следующие сегментные регистры –CS(сегмент кода),DS(сегмент данных),ES(дополнительный сегмент),SS(сегмент стека). Начиная с 80286 появились регистрыFSи GS.

Смещение следующей выполняемой команды всегда хранится в специальном регистре- IP(указатель инструкции), запись в кото­рый приведет к тому, что следующей будет исполнена какая-ни­будь другая команда, а не команда, расположенная сразу за данной.. На самом деле все команды передачи управления -перехода, условного перехода, цикла, вызова подпрограммы и т. п. осуществляют запись в CSи EIP.

Регистр флагов









OF

DF

IF

TF

SF

ZF

0

AF

0

PF

1

CF

15

8

7

0

CF- флаг переноса (CARRY);

PF- флаг четности (PARITY);

AF- дополнительный флаг переноса (AUXILARY);

ZF- флаг нуля (ZERO);

SF- знаковый флаг (SIGN);

TF- флаг слежения, ловушка(TRAP);

IF- флаг прерываний (INTERRUPTION);

DF- флаг направления (DIRECTION);

OF- флаг переполнения (OVERFLOW).