5. Risc-процессоры.

Одним из направлений развития архитектуры ЭВМ, направленным на повышение их производительности, является усложнение структуры процессоров путем расширения системы выполняемых им команд, введения более сложных команд, увеличения числа методов адресации. Однако это порождает и ряд нежелательных побочных эффектов (например, увеличение времени). Это привело к появлению в восьмидесятые годы альтернативного подхода к развитию системы команд процессоров. Появились процессоры с RISC-архитектурой.

RISC (Reduced (Restricted) Instruction Set Computer) – уменьшенный набор команд, которыми пользуется микропроцессор компьютера, содержащий только наиболее простые команды.

Особенности:

- сокращенный набор команд (не более 50-100)

- небольшое число (2-3) простых способов адресации (в основном регистровой)

- небольшое число простых форматов команд с фиксированными размерами и функциональным назначением их полей (упрощается управляющее устройство процессора)

- упрощение структуры процессора приводит к уменьшению его размеров

- большое число однородных регистров универсального назначения (позволяет сократить обращение к оперативной памяти, путем сохранения в регистрах промежуточных результатов)

Арифметику RISC - процессоров отличает высокая степень дробления конвейера. Этот прием позволяет увеличить тактовую частоту (значит, и производительность) компьютера; чем более элементарные действия выполняются в каждой фазе работы конвейера, тем выше частота его работы.

Дейв Паттерсон и Карло Секуин сформулировали 4 основных принципа RISC:

• Любая операция должна выполняться за один такт, вне зависимости от ее типа.

• Система команд должна содержать минимальное количество наиболее часто

используемых простейших инструкций одинаковой длины.

• Операции обработки данных реализуются только в формате “регистр - регистр“ (операнд)

выбираются из оперативных регистров процессора, и результат операции записывается также в регистр; а обмен между оперативными регистрами и памятью выполняется только с помощью команд загрузки\записи).

• Состав системы команд должен быть “ удобен “ для компиляции операторов языков

высокого уровня

В настоящее время определились следующие характерные особенности современных RISC-процессоров:

• расширенный объем регистровой памяти: от 32 до нескольких сотен регистров общего назначения, входящих в состав микропроцессора;

• использование в командах обработки данных только регистровой адресации (обращение к памяти используется в командах загрузки и сохранения содержимого регистров, а также в командах управления программой);

• отказ от аппаратной реализации сложных способов адресации (с постинкрементом или предекрементом, косвенная адресация и др.);

• фиксированный формат команд (обычно 4 байт) вместо переменного формата (от 1 до 15 байт), характерного для CISC-процессоров;

• исключение из набора команд, реализующих редко используемые операции, а также команд, не вписывающихся в принятый формат.