Ehm, risc (Reduced Instruction Set. Computer), cisc (Complex Instruction Set Computer);cpu, edsac, vliw

O`ZBEKISTON RESPUBLIKASI AXBOROT TEXNOLOGIYALARI VA KOMMUNIKATSIYALARINI RIVOJLANTIRISH VAZIRLIGI


MUHAMMAD AL-XORAZMIY NOMIDAGI
TOSHKENT AXBOROT TEXNOLOGIYALARI
UNIVERSITETI SAMARQAND FILIALI

"Telekommunikatsiya texnologiyalari va kasb ta’limi" fakulteti

"Kompyuter tizimlari" kafedrasi
"Kompyuterni tashkil etilishi" fanidan

Mavzu: Buyruqlar tizimi arxitekturasi.

Bajardi: Toshmatov. Sh

Qabul qildi: Norqulov. A


SAMARQAND – 2022
Mavzu:  Buyruqlar tizimi arxitekturasi
Reja:
1. Mashina tilidagi buyruqlarning umum formatlari va turlari
2. Operandlarni saqlash joyiga qarab klassifikatsiyalash
3. Buyruqlar tizimi arxitekturalarining tasnifi
Tayanch atamalar: EHM, RISC (Reduced Instruction Set. Computer), CISC (Complex Instruction Set Computer);CPU , EDSAC, VLIW (Very Long Instruction Word).
1.Berilgan EHM bajarishi mumkin bo’lgan buyruqlarning to’liq ro’yxati EHMning buyruqlar tizimi deb nomlanadi.
Buyruqlar tizimining arxitekturasida dasturchi uchun mavjud bo'lgan EHM vositalarini aniqlash odatiy holdir.
Buyruqlar tizimining arxitekturasini dasturiy ta’minot talablariga EHM apparaturasi imkoniyatlari bilan mos keladigan vosita sifatida qarash mumkin.
Mashina tilidagi buyruqlarning umum formatlari va turlari
EHM ma’lumotlarga ishlov berib dasturdagi buyruqlar (kommanda) ketma-ketligiga mos ravishda bajarilib quyilgan masalani yechadi.
Shuning uchun kompyuter dastur asosida boshqariladigan qurilmadir. Uning asosini protsessor (CPU), xotira va kiritish-chiqarish qurilmalari tashkil qiladi.
Mashina tilidagi buyruqlarning umum formatlari va turlari
Kompyuter buyruqlarini albatta uni protsessori aniqlab beradi. Bu buyruqlar – ikkilik sanoq tizimiga asoslangan – sonlar (kod) to’plami bo’lib mashina tili deb nomlanadi. Kodlar (buyruqlar) protsessordan protsessorga o’zgaradi va yozilishi 8 bitdan to 10 lab baytglargacha bo’lishi mumkin. Demak bu buyruqlarni 100 va hatoki 10000 dan ortiq turlari mavjud.
Mashina tilidagi buyruqlarning umum formatlari va turlari
Mashina tilida dasturlash – bu mana shu buyruqlarni eslab qolib, qo’llash bilan bog’liq bo’lgan murakkab jarayondir. Shu sababli dasturchilar o’z ishlarini avtomatlashtirish uchun maxsus inson tiliga yaqin bo’lgan tildan (ingliz tili asosida) tarjimonchi dasturlar yaratishdi va uni til kompilyatorlari deb nomlashdi. Shu kompilyatorlardan eng soddasi va ko’pincha mashina buyruqlarini ma’lum so’z yoki qisqartmaga moslashtirib olingani assembler tili deb nomlanadi.
Buyruqlar tizimi arxitekturasi klassifikatsiyasi
Zamonaviy dasturlash texnologiyasi yuqori darajadagi tillarga (YuDT) yo’naltirilgan bo’lib, ularning asosiy maqsadi dasturlash jarayonini yengillashtirishdir. YuDT ga o’tish jiddiy muammo tug’dirdi: YuDT uchun xos bo’lgan murakkab operatorlar oddiy mashina operatsiyalaridan sezilarli darajada farq qiladi.
Muammo semantik uzilish deb ataladi va uning natijasi dasturning yetarli darajada samarali bajarilishmasligidir.
Semantik uzilishni bartaraf etish uchun EHM ishlab chiquvchilari uchta yondashuvdan birini va shunga mos ravishda uchta BTA turidan birini tanlaydilar:

• 
  buyruqlarning to'liq to'plamiga ega bo'lgan arxitektura: CISC (Complex Instruction Set Computer);
  
• 
  qisqartirilgan buyruqlar to’plami bilan arxitektura: RISC (Reduced Instruction Set. Computer);
  
• 
  juda uzun buyruq so’zlari bilan arxitektura: VLIW (Very Long Instruction Word).
  

Buyruq formatlari
Buyruqlar formati – bu buyruqni ichki tuzilish strukturasini aniqlovchi qoida kelishuvdir.
Buyruq – amal kodi, ushbu amalda qatnashayotgan operanda yoki operandalar qayerdan olinishi va natija qayerga yozilishi haqidagi axborotlardan iborat bo’ladi.
Buyruq formatlari
Buyruqlar – operandlar soniga qarab 4 sinfga bo’linadi.
Amal kodi
Amal kodi
Amal kodi
Adres
Amal kodi
Adres1
Adres2
Adres3
Amal kodi
Adres1
Adres2
a) Adressiz buyruqlar
b) Bir adresli buyruq
d) Ikki adresli buyruq
e) Uch adresli buyruq
Buyruqlar tizimi arxitekturasi
Akkumulyatorli arxitektura
(EDSAC 1950)
Registrli arxitektura
(IBM 360 1964)

The IBM 7094
Buyruqlarning to'liq to'plamiga ega bo'lgan arxitektura CISC
(VAX, Intel, 1977-1980)
Xotiraga ajratilgan murojaatli arxitektura (CDC6600, Cray, 1963-1976)
Qisqartirilgan buyruqlar to’plamli arxitektura RISC (Mips, Sparc, RS6000 1987)
Qisqartirilgan buyruqlar to’plamli arxitektura RISC (Mips, Sparc, RS6000 1987)
Juda uzun buyruq so’zlari bilan arxitektura
(Itanium, 1990)
Stekli arxitektura
(B5500, B6500, 1963-1966)
Operantsiz buyruqlar to’plamli arxitektura
(Itanium, 1990)
CISC arxitekturasi uchun quyidagilar urinli:

• 
  protsessorda nisbatan kam miqdordagi umum ishlov registrlarning mavjudligi;
  
• 
  ko'p sonli mashina buyruqlari, ularning ba’zilari YuDT murakkab operatorlarini apparatli amalga oshiradi;
  
• 
  operandlarni adreslashning turli-tuman usullari;
  
• 
  turli razriyadli buyruq formatlari to’plami;
  
• 
  qayta ishlash xotiraga kirish bilan birlashtirilgan buyruqlar mavjudligi.
  

1980-yillarning o'rtalariga qadar ishlab chiqarilgan deyarli barcha EHMlarni va hozirda ishlab chiqarilayotgan kompyuterlarning muhim qismini CISC turiga kiritish mumkin.Semantik uzilish muammosini hal qilishning bu usuli EHM apparaturasini, asosan boshqarish qurilmasini murakkablashishiga olib keladi, bu esa EHMning ishlashiga salbiy ta'sir qiladi.Olib borilgan izlanishlarga ko’ra, YuDT operatorlariga ekvivalent bo’lgan qo’shimcha buyruqlar ulishi, dasturlarning umumiy hajmidan 10-20% dan, ba’zi bir murakkab buyruqlar uchun esa 0,2% dan oshmasligi aniqlandi.Qo'shimcha buyruqlarni amalga oshirish uchun zarur bo'lgan apparat vositalari hajmi sezilarli darajada oshadi.
Shunday qilib, murakkab buyruqlarni qo'llab-quvvatlashda mikrodastur xotirasining hajmi 60 foizga ko'payishi mumkin.Natijada RISC arxitekturasi paydo bo’ldi.RISC atamasi birinchi bo'lib 1980 yilda D.Patterson va D. Ditsel tomonidan qo'llanilgan.
HM buyruqlarining ro'yxatini cheklash g’oyasi, faqat protsessor registrlarida joylashgan ma'lumotlarda ishlaydigan eng ko'p ishlatiladigan oddiy ko'rsatmalar bilan amalga oshirishdir.Xotiraga murojaat qilish maxsus o'qish/yozish buyruqlari yordamida ruxsat beriladi.Operand manzillarini ko'rsatish usullari va buyruq formatlari soni keskin kamaytirildi.Buyruq formatlari sonining kamayishi va ularning oddiyligi, cheklangan miqdordagi adreslash usullaridan foydalanish, ma'lumotlarni qayta ishlash operatsiyalarini xotiraga kirish operatsiyalaridan ajratish EHM apparaturasini sezilarli darajada soddalashtirishi va ularning tezligini oshirishga imkon berdi.

Oddiy, ammo tezkor RISC-buyruqlarining ketma-ketligi yordamida murakkab buyruqlarni amalga oshirish, CISC arxitekturasidagi murakkab buyruqlarning apparat versiyasidan samarali emasligini ko’rsatdi.
RISC-arxitekturasi elementlari birinchi bo'lib Cray Research kompaniyasining CDC 6600 hisoblash mashinalari va superEHMlarida paydo bo'ldi.
RISC-arxitekturasi zamonaviy EHMlarda muvaffaqiyatli amalga oshirilmoqda, masalan, DEC firmasining Alpha protsessorlarida, Hewlett-Packard firmasining PA seriyasida, PowerPC oilasida va boshqalarda.Shuni esda tutingki, Intel va AMD firmalarining so'nggi mikroprotsessorlarida RISC-arxitekturasiga xos g'oyalar keng qo'llanilmoqda, shuning uchun CISC va RISC o'rtasidagi ko'pgina farqlar asta-sekinlik bilan yo’qolib bormoqda.CISC- va RISC-arxitekturalaridan tashqari yana bitta turdagi – juda uzun so’zli buyruqlar (VLIW) arxitekturasi ham mavjud.
VLIW kontseptsiyasi RISC-arxitekturasiga asoslangan bo'lib, bu yerda bir nechta oddiy RISC-buyruqlari bitta eng uzun buyruqqa birlashtiriladi va parallel ravishda bajariladi.VLIW arxitekturasi RISCdan, nisbatan kam farq qiladi. Faqatgina hisoblashlarning qo'shimcha parallellik darajasi paydo bo'ldi, shuning uchun VLIW arxitekturasini kompyuterlarga emas, balki hisoblash tizimlariga murojaat qilish mantiqan to'g'ri keladi.
Operandlarni saqlash joyiga qarab klassifikatsiyalash
Bo’yruqlar tizimi arxitekturasi ko’rinishi quyidagilarga bo’linadi:

• 
  stekli;
  
• 
  akkumulyatorli;
  
• 
  registrli;
  
• 
  xotiraga ajratilgan murojaatli.
  

Aniq arxitekturani tanlash bir qator fikrlarga bog’liq:

• 
  buyruqlarning bir qismi nechta adreslarni o’z ichiga oladi;
  
• 
  bu so’zlarning uzunligi qancha bo’ladi;
  
• 
  operandlarga murojaat qanchalik oson bo’ladi;
  
• 
  buyruqlarning umumiy uzunligi qanday bo’ladi.
  

3. ASC sohasidagi hozirgi vaziyat rasmda ko'rsatilgan

Ko'pincha ASCning yangi turiga o'tishni oldindan belgilab beradigan sabablar orasida ikkita eng muhimiga to'xtalib o'tamiz. Birinchisi, kompyuter tomonidan bajariladigan operatsiyalarning tarkibi va ularning murakkabligi. Ikkinchisi,
ma'lumotlarni qayta ishlash ko'rsatmalarining manzil qismida ko'rsatilgan manzillar soni va uzunligiga ta'sir qiluvchi operandlarni saqlash joyi.
Jamoalarning tarkibi va murakkabligi bo'yicha
Zamonaviy dasturlash texnologiyasi yuqori darajadagi tillarga qaratilgan bo'lib, uning asosiy maqsadi dasturlash jarayonini osonlashtirishdir. Ammo HLL ga o'tish jiddiy muammoni keltirib chiqardi: yuqori darajadagi tillarga xos bo'lgan murakkab operatorlar ko'pchilik kompyuterlarda amalga oshiriladigan oddiy mashina operatsiyalaridan sezilarli darajada farq qiladi. Ushbu nomuvofiqlikning natijasi dasturlarning etarli darajada samarali amalga oshirilmaganligidir. Muammo semantik bo'shliq deb ataladi va uni hal qilish uchun kompyuter ishlab chiqaruvchilari hozirda uchta yondashuvdan birini va shunga mos ravishda ACKning uchta turidan birini tanlaydilar:
To'liq ko'rsatmalar to'plami arxitekturasi:CISC (Complex Instruction Set Computer);
Qisqartirilgan ko'rsatmalar to'plami arxitekturasi:RISC (Reduced Instruction Set Computer);
Juda uzun ko'rsatmalar so'zining arxitekturasi:VLIW (Very Long Instruction Word).
CISC arxitekturasida semantik bo'shliq buyruqlar tizimini kengaytirish, uni semantik jihatdan yuqori darajadagi tillar (HLL) operatorlariga o'xshash murakkab buyruqlar bilan to'ldirish orqali bartaraf etiladi. Odatda CISC arxitekturalari:
Protsessorda nisbatan kam sonli umumiy maqsadli registrlarning mavjudligi;
Ko'p sonli mashina ko'rsatmalari, ularning ba'zilari apparatda murakkab HLL operatorlarini amalga oshiradi;
Operandlarga murojaat qilishning turli usullari;
Har xil bit chuqurlikdagi turli xil buyruq formatlari;
Qayta ishlash xotiraga kirish bilan birlashtirilgan buyruqlar mavjudligi.
1980-yillarning o'rtalariga qadar ishlab chiqarilgan deyarli barcha VMlar va hozirda ishlab chiqarilganlarning katta qismi CISC turiga tegishli bo'lishi mumkin. Shu bilan birga, semantik bo'shliq muammosini hal qilishning ko'rib chiqilayotgan usuli EHMning (KM) apparat vositalarining, asosan boshqaruv moslamasining murakkablashishiga olib keladi, bu esa, o'z navbatida, umuman CMning ishlashiga salbiy ta'sir qiladi.
Bu holat HLL bilan kompilyatsiya qilingandan so'ng olingan dasturlarni sinchiklab tahlil qilishga undadi. Bir qator tadqiqotlar o'tkazildi, natijada NDL operatorlariga ekvivalent bo'lgan qo'shimcha buyruqlarning dasturlarning umumiy hajmidagi ulushi 10-20% dan oshmaydi va ba'zi murakkab buyruqlar uchun hatto 0,2% dan oshmaydi.Shu bilan birga, bunday qo'shimcha ko'rsatmalarni amalga oshirish uchun zarur bo'lgan apparat miqdori sezilarli darajada oshadi.
Shunday qilib, barcha VM buyruqlarini bajarish uchun mikrodasturlarni saqlaydigan mikrodastur xotirasining sig'imi murakkab buyruqlarni joriy etish hisobiga 60% ga oshishi mumkin.

Yuqoridagi tadqiqotlar natijalarini tahlil qilish an'anaviy echimlarni qayta ko'rib chiqishga olib keldi, buning natijasida RISC arxitekturasi paydo bo'ldi. G'oya VM buyruqlar ro'yxatini faqat protsessor registrlarida joylashgan ma'lumotlar bilan ishlaydigan eng ko'p ishlatiladigan oddiy buyruqlar bilan cheklashdan iborat. Xotiraga kirish faqat maxsus o'qish va yozish ko'rsatmalari yordamida ruxsat etiladi.
Ko'rsatmalar formatlari soni va operand manzillarini belgilash usullari keskin qisqartirildi. Ushbu chora-tadbirlar VM uskunasini sezilarli darajada soddalashtirish va ularning ishlashini oshirish imkonini berdi. Ma'lum bo'lishicha, oddiy, ammo tez RISC ko'rsatmalari ketma-ketligi orqali murakkab ko'rsatmalarni amalga oshirish CISC arxitekturasidagi murakkab ko'rsatmalarning apparat versiyasidan kam emas. RISC arxitekturasining elementlari birinchi marta CDC 6600 kompyuterlari va Cray Research kompaniyasining superkompyuterlarida paydo bo'ldi. RISC arxitekturasi zamonaviy VMlarda ham muvaffaqiyatli amalga oshirilmoqda.



CISC va RISC arxitekturalaridan tashqari, umumiy tasnifda ACK ning yana bir turi - qo'shimcha uzun buyruq so'zlari (VLIW) bo'lgan arxitektura qayd etilgan. VLIW kontseptsiyasi RISC arxitekturasiga asoslanadi, lekin unda bir nechta oddiy RISC ko'rsatmalari bitta qo'shimcha uzun ko'rsatmaga birlashtiriladi va parallel ravishda bajariladi. ACK nuqtai nazaridan VLIW arxitekturasi RISC dan nisbatan kam farq qiladi. Faqat hisob-kitoblarning parallelligining qo'shimcha darajasi mavjud edi.