Классификация по составу и сложности команд

Классификация по составу и сложности команд

Архитектура системы команд

Системой команд вычислительной машины именуют полный список команд, которые способна делать данная ВМ. В свою очередь, под архитектурой системы команд (АСК) принято определять те средства вычислительной машины, которые видны и доступны программеру. АСК можно рассматривать как линию согласования нужд разработчиков программного обеспечения с способностями создателей аппаратуры вычислительной машины Классификация по составу и сложности команд (рис. 1).

Рис. 1. Архитектура системы команд как интерфейс меж программным и аппаратным обеспечением.

В итоге, цель тех и других — реализация вычислений более действенным образом, другими словами за малое время, и тут самую важную роль играет верный выбор архитектуры системы команд.

В облегченной трактовке время выполнения программки (Твыч) можно найти через Классификация по составу и сложности команд число команд в программке (Nком), среднее количество тактов микропроцессора, приходящихся на одну команду (CPI), и продолжительность тактового периода tпр :

Твыч = Nком ´ CPI ´ tпр

Любая из составляющих выражения находится в зависимости от одних качеств архитектуры системы команд и, в свою очередь, оказывает влияние на другие (рис. 2), что свидетельствует Классификация по составу и сложности команд о необходимости очень ответственного подхода к выбору АСК.

Рис. 2. Связь меж системой команд и факторами, определяющими эффективность вычислений.

Общая черта архитектуры системы команд вычислительной машины складывается из ответов на последующие вопросы:

1. Какого вида данные будут представлены в вычислительной машине и в какой форме?

2. Где эти данные могут храниться кроме основной памяти?

3. Каким Классификация по составу и сложности команд образом будет осуществляться доступ к данным?

4. Какие операции могут быть выполнены над данными?

5. Сколько операндов может находиться в команде?

6. Как будет определяться адресок очередной команды?

7. Каким образом будут закодированы команды?

Систематизация архитектур системы команд

В истории развития вычислительной техники как в зеркале отражаются конфигурации, происходившие во взорах разработчиков на перспективность Классификация по составу и сложности команд той либо другой архитектуры системы команд. Сложившуюся на реальный момент ситуацию в области АСК иллюстрирует рис. 3.



Рис. 3. Хронология развития архитектур системы команд.

Посреди мотивов, в большинстве случаев предопределяющих переход к новенькому типу АСК, остановимся на 2-ух более существенных. 1-ый — это состав операций, выполняемых вычислительной машиной, и Классификация по составу и сложности команд их сложность. 2-ой — место хранения операндов, что оказывает влияние на количество и длину адресов, указываемых в адресной части команд обработки данных. Конкретно эти моменты употребляются в качестве критериев систематизации архитектур системы команд.

Систематизация по составу и трудности команд

Современная разработка программирования нацелена на языки высочайшего уровня (ЯВУ), основная цель которых — облегчить процесс программирования Классификация по составу и сложности команд. Переход к ЯВУ, но, породил суровую делему: сложные операторы, соответствующие для ЯВУ, значительно отличаются от обычных машинных операций, реализуемых в большинстве вычислительных машин. Неувязка получила заглавие семантического разрыва, а ее следствием становится недостаточно действенное выполнение программ на ВМ. Пытаясь преодолеть семантический разрыв, разработчики вычислительных машин в текущее время выбирают Классификация по составу и сложности команд один из 3-х подходов и, соответственно, один из 3-х типов АСК:

· архитектуру с полным набором команд: CISC (Complex Instruction Set Computer);

· архитектуру с сокращенным набором команд: RISC (Reduced Instruction Set Computer);

· архитектуру с командными словами сверхбольшой длины: VLIW (Very Long Instruction Word).

В вычислительных машинах типа CISC неувязка Классификация по составу и сложности команд семантического разрыва решается за счет расширения системы команд, дополнения ее сложными командами, семантически подобными операторам ЯВУ. Основателем CISC-архитектуры считается компания IBM, которая начала использовать данный подход с семейства машин IBM 360 и продолжает его в собственных массивных современных универсальных ВМ, таких как IBM ES/9000. Аналогичный подход характерен и для компании Классификация по составу и сложности команд Intel в ее процессорах Pentium. Для CISC-архитектуры типичны:

· наличие в микропроцессоре сравнимо маленького числа регистров общего предназначения;

· огромное количество машинных команд, некие из их аппаратно реализуют сложные операторы ЯВУ;

· обилие методов адресации операндов;

· огромное количество форматов команд различной разрядности;

· наличие команд, где обработка совмещается с воззванием Классификация по составу и сложности команд к памяти.

К типу CISC можно отнести фактически все ВМ, выпускавшиеся до середины 1980-х годов, и значительную часть производящихся в текущее время. Рассмотренный метод решения препядствия семантического разрыва вкупе с тем ведет к усложнению аппаратуры ВМ, приемущественно устройства управления, что, в свою очередь, плохо сказывается на производительности ВМ в целом. Это Классификация по составу и сложности команд принудило более пристально проанализировать программки, получаемые после компиляции с ЯВУ. Был предпринят комплекс исследовательских работ, в итоге которых обнаружилось, что толика дополнительных команд, эквивалентных операторам ЯВУ, в общем объеме программ не превосходит 10-20%, а для неких более сложных команд даже 0,2%. В то же время объем аппаратных средств, требуемых для Классификация по составу и сложности команд реализации дополнительных команд, растет очень значительно. Так, емкость микропрограммной памяти при поддержании сложных команд может возрастать на 60%.

Детализированный анализ результатов упомянутых исследовательских работ привел к суровому пересмотру обычных решений, следствием чего стало возникновение RISC-архитектуры. Термин RISC в первый раз был применен Д. Паттерсоном и Д. Дитцелем в 1980 году Классификация по составу и сложности команд. Главные идеи RISC-архитектуры:

- ограничение перечня команд ВМ более нередко применяемыми простейшими командами;

- команды оперируют данными, размещенными исключительно в регистрах микропроцессорах, количество которых может достигать нескольких сотен;

- воззвание к памяти допускается только при помощи особых команд чтения и записи.

- резко уменьшено количество форматов команд и методов указания Классификация по составу и сложности команд адресов операндов.

Эти решения позволяют значительно упростить аппаратные средства ВМ и повысить их быстродействие. RISC-архитектура разрабатывалась таким макаром, чтоб уменьшить Твыч за счет сокращения CPI и tпр. Как следствие, реализация сложных команд за счет последовательности из обычных, но стремительных RISC-команд оказывается более действенной, чем аппаратный вариант сложных команд в Классификация по составу и сложности команд CISC-архитектуре.

Элементы RISC-архитектуры в первый раз появились в вычислительных машинах CDC 6600 и суперЭВМ компании Cray Research. Довольно удачно реализуется RISC-архитектура и в современных ВМ, к примеру в микропроцессорах серии РА конторы Hewlett-Packard, семействе PowerPC и т. п.

Отметим, что в последних процессорах конторы Intel и Классификация по составу и сложности команд AMD обширно употребляются идеи, характерные RISC-архитектуре, так что многие различия меж CISC и RISC равномерно стираются.

Кроме CISC- и RISC-архитектур в общей систематизации был упомянут очередной тип АСК — архитектура с командными словами сверхбольшой длины (VLIW). Концепция VLIW базируется на RISC-архитектуре, где несколько обычных RISC-команд соединяются Классификация по составу и сложности команд воединыжды в одну сверхдлинную команду и производятся параллельно. В плане АСК архитектура VLIW сравнимо не достаточно отличается от RISC. Появился только дополнительный уровень параллелизма вычислений.

Таблица 1. Сравнительная оценка CISC-, RISC- и VLIW-архитектур

Черта CISC RISC VLIW
Длина команды Варьируется Единая Единая
Размещение полей в команде Варьируется Постоянное Классификация по составу и сложности команд Постоянное
Количество регистров Несколько (нередко специализированных) Много регистров общего предназначения Много регистров общего предназначения
Доступ к памяти Может производиться как часть команд разных типов Производится только особыми командами Производится только особыми командами

Таблица 1 позволяет оценить более значительные различия в архитектурах типа CISC, RISC и VLIW.


klassifikaciya-marshrutizatorov-po-oblastyam-primeneniya.html
klassifikaciya-matem-modelej.html
klassifikaciya-materialov-ocenka-i-zadachi-ih-ucheta.html