Kompyuter injiniringi” fakulteti

CISC protsessorlari arxitekturasi
Biz bir CISC CPU asosiy maqsadi yuqorida o'rgangan deb hisoblanadi kamaytirish orqali dastur hajmini kamaytirish ko'rsatmalar sonini bir dasturda. Bu "ba'zi bir quyi darajadagi ko'rsatmalarni yagona kompleks qo'llanmaga kiritish" orqali amalga oshiriladi. Keyinchalik dekodlanganida ushbu ko'rsatma bajarilishi uchun bir nechta mikroinstruksiyalarni keltirib chiqaradi. Endi agar dastur / dastur soddalashtirilsa, unda apparat ishlashga kirishadi va murakkab vazifalarni bajarishga qodir bo'lishi kerak. Shuning uchun CISC protsessorida murakkab apparat mavjud. CISC arxitekturasining blok-sxemasi quyida keltirilgan:



Bu erda sizda mikro dasturni boshqarish blokining "boshqaruv xotirasi" da saqlanadigan va boshqarish signallarini yaratadigan mikro dasturning bir qator mikroinstruktsiyalaridan foydalanadigan maxsus mikro dasturni boshqarish bloki mavjud . Nazorat birliklari kirish nazorat signallari tomonidan ishlab chiqarilgan microprogram nazorat birligi va protsessorlar apparat faoliyat ko'rsatmoqda. Yo'l-yo'riq va ma'lumotlar yo'li xotiradan ko'rsatmalar opkodlari va operandlarini oladi. Kesh va asosiy xotira bu dastur ko'rsatmalari va operandalari saqlanadigan joy. CISC protsessorlariga misollar: IBM 370/168, VAX 11/780, Intel 80486.
CISC protsessorlari uchun ko'rsatmalar to'plamlari

CISC yo'riqlari tabiatan murakkab va xotirada bir nechta so'zlarni egallaydi . RISC xotira operandalariga kirish uchun Load / Store-dan foydalangani singari, CISC xotira operandalariga kirish uchun Move buyrug'iga ega. Ammo, "Yuklash" va "Do'kondan" farqli o'laroq, "MDH" dagi "Move" operatsiyasi kengroq qamrovga ega. CISC yo'riqnomalarida "to'g'ridan-to'g'ri xotira operandalariga kirish" mumkin. Ko'chirish bo'yicha yo'riqnomaning umumiy shakli Manzilni , manbani ko'chiring U darhol operandni , xotira joyiga yoki registrga o'tkazishi mumkin . A, 100 harakatlaning R, 100 ni siljiting U operandni ikkita xotira joyi o'rtasida uzatishi mumkin . A, B joylarini siljiting U operandni ikkita registr o'rtasida o'tkazishi mumkin . R1, R2-ga o'ting Beshta asosiy manzil rejimini o'z ichiga olgan: Shoshilinch rejim, to'g'ridan-to'g'ri / mutlaq rejim, ro'yxatdan o'tish rejimi, bilvosita rejim va indeks rejimi. CISC yo'riqnomasida bir nechta qo'shimcha manzil rejimlari mavjud. Bular "avtomatik o'sish rejimi", "avtomatik kamaytirish rejimi" va "nisbiy rejim". Autoincrement rejimi : Bu erda operandning samarali manzili bu registrning mazmunidir. Registr tarkibiga kirgandan so'ng, avtomatik ravishda keyingi operandaning xotira joyini ko'rsatish uchun oshiriladi. Avtomatik kamaytirish rejimi: Bu erda, shuningdek, operandning samarali manzili bu registrning mazmunidir. Ammo, dastlab bu erda registrning mazmuni qisqartiriladi va keyin registrning tarkibi operand uchun samarali manzil sifatida ishlatiladi. Nisbiy rejim:

Bu "Index registry mode" ga o'xshaydi, bu erda umumiy manzilli registr tarkibiga doimiy qo'shish orqali samarali manzil olinadi. Umumiy maqsadlar uchun registr o'rniga nisbiy rejimda dastur hisoblagichi ishlatiladi. Ushbu turdagi adreslash rejimi xotiraning katta hajmini aks ettirish uchun ishlatiladi. Endi yuqorida biz CISC protsessori ko'rsatmalar sonini minimallashtirishini aytib o'tdik, bu kod uzunligini nisbatan qisqaroq qiladi. CISC uslubi bo'yicha ko'rsatmalar kod uzunligini qanday qilib minimallashtirishni ko'rib chiqaylik? Aytaylik, bizda operatsiya bor A = B + C Buning uchun RISC yo'riqnomasi quyidagicha bo'lishi kerak: R2, B yuklang R3, C yuklang R4, R2, R3 qo'shing R4, A do'koni Keling, bir xil operatsiya uchun CISC ko'rsatmalarini ko'rib chiqaylik . A, B joylarini siljiting A, C qo'shing RISC uslubidagi to'rtta qo'llanmaning maqsadi CISC uslubidagi atigi ikkita ko'rsatma bilan amalga oshiriladi. Shunday qilib, biz aytishimiz mumkinki, CISC arxitekturasi dasturdagi ko'rsatmalar sonini samarali ravishda bitta qo'llanma sifatida bajaradi, dasturda bir nechta past darajadagi ko'rsatmalarni bajaradi. CISC protsessorlarida quvur liniyasi
RISC uslubi bo'yicha ko'rsatmalar quvur liniyasini amalga oshirish uchun qulaylik yaratadi, chunki ularning barchasi bitta so'zdan iborat . Barcha ko'rsatmalarning operandlari so'z ichida bir xil holatda joylashgan. Yuklash va saqlash ko'rsatmalaridan tashqari barcha boshqa qo'llanmalar registr operandalarida ishlaydi .Shunday qilib, RISC uslubidagi ko'rsatmalar uchun quvur liniyasini amalga oshirish osonlashadi. Ammo, bu CISC uslubidagi ko'rsatmalarga tegishli emas. CISC yo'riqnomalari "o'zgaruvchan uzunlik" ga ega, ular "bir nechta operandlar", "kompleks manzillar rejimlari" va "murakkab ko'rsatmalar" ga ega. Endi CISC yo'riqnomasi nafaqat xotira so'zidan iborat . Shunday qilib, operand olish uchun bir necha tsikl kerak bo'ladi . Bundan tashqari, biz ko'rsatmalar o'zgaruvchan o'lcham va formatga ega ekanligini bilamiz, chunki bu yo'riq va dekodni dekodlashni murakkablashtiradi. Shu sababli, CISC uslubidagi ko'rsatmalarga muvofiq ravishda ulanish murakkab vazifa. Buni misol yordamida tushunamiz. (R2), (R3) Ko'chirish (R4), R5 Birinchi Move buyrug'ida har ikkala operandaning samarali qo'shimchalari - bu xotira joyi . Shunday qilib, ikkita xotira kirishini talab qiladi. Ikkinchi ko'chirish topshirig'iga esa, samarali manzili birinchi operand "bir bo'lib xotiraning va samarali manzili " ikkinchi operand "bir emas Ro'yxatdan o'tish . Ikkinchi yo'riqnomada faqat bitta xotiradan foydalanish kerak. Bu erda ikkinchi Move buyrug'ini to'xtatish kerak, shunda birinchi Move buyrug'i har ikkala operandaning ham xotiradan kirishiga imkon beradi. Shunday qilib, CISC uslubidagi ko'rsatmalarga o'tish oson emas. CISC protsessorlarining afzalliklari va kamchiliklari
Afzalliklari:
Kodi hajmi nisbatan bo'lgan qisqa xotira talabini kamaytirish tushiradi qaysi. A ijrosi yagona topshirig'iga olib bir necha past darajadagi vazifalarni . Murakkab adreslash rejimi xotiraga kirishni moslashuvchan qiladi . CISC yo'riqnomasi xotira joylariga to'g'ridan-to'g'ri kirish huquqiga ega .
Kamchiliklari:
Kod o'lchamlari minimallashtirilgan bo'lsa ham , bitta ko'rsatmani bajarish uchun bir necha soatlik tsikllarni talab qiladi . Shunday qilib , kompyuterning umumiy ish faoliyatini pasaytiradi . CISC yo'riqnomasi uchun quvur liniyasini amalga oshirish biroz murakkab . Apparat tuzilmasi ko'proq bo'lishi kerak murakkab soddalashtiring dasturi amalga oshirilishi. Xotira kichikroq va arzonroq bo'lganida xotira talabini kamaytirish uchun mo'ljallangan. Ammo bugungi kunda stsenariy o'zgardi, hozirgi vaqtda xotira arzon va asosan barcha kompyuterlarda katta hajmdagi xotira mavjud.
Kalitni olib ketish
CISC protsessori RISC protsessori evolyutsiyasidan oldin joriy qilingan . Bu CISC noto'g'ri yondashuv bo'lganligi emas, balki MDH va RISC boshqa spektrda ishlab chiqilgan. CISC protsessorida bir nechta xotira so'zlarini egallaydigan ko'rsatmalar mavjud . Bitta yo'riqnomada bir nechta past darajali ko'rsatmalar mavjud. Har bir ko'rsatma bir necha soatlik tsiklni talab qiladi . CISC yo'riqnomalarida murakkab manzil rejimlari, murakkab ko'rsatmalar mavjud; shu sababli o'qitishning dekodlanishi ham murakkabdir. CISC yo'riqnomalari to'g'ridan-to'g'ri xotira operandida ishlashi mumkin. Dastur hajmi sifatida kichik kamroq , lekin murakkab ko'rsatmalar ishlatiladi.
VLIW (Very Long Instruction Word)-o’ta katta uzunlikdagi buyruqlar Ushbu muommoni hal etishga yana bir yondashish VLIW/EPIC-
Juda uzun qo'llanma so'zi yoki VLIW, bu buyruqlar darajasidagi parallellik (ILP) dan foydalanish uchun mo'ljallangan, ammo minimal darajada apparatdagi murakkablik darajasida protsessor arxitekturasini nazarda tutadi . (Shu bilan bir qatorda, o'zgaruvchan uzunlik bo'yicha ko'rsatma so'zi yoki VLIW a yuqori tezlikda protsessorni dekodlash uchun chip ichidagi RAM-ga ichki kodli kompyuter kodining tom ma'noda qiymatini yuklash (yoki nusxalash) uchun mo'ljallangan protsessor buyrug'iga ( ko'rsatmalar to'plamiga ) ishora qiladi .)
Har etaklab protsessor qo'llanma birin-ketin (ya'ni bo'lmagan pipelined protsessor resurslaridan foydalanishi mumkin skalar Arxitektura) samarasiz kambag'allarga etakchi, bajarish . Ishlash yordamida oshirish mumkin microme'moriy dizayn usullarini foydalanish deb ILP jumladan:

• 
  Instruction borulamayı necha ijro ko'rsatmalariga qisman ketma-ket mumkin; bu erda har bir ko'rsatma bir necha kichik bosqichlarga bo'linadi ( nomlangan : mikro operatsiyalar ).
  
• 
  Parallel ravishda bir nechta ko'rsatmalarni bajarish uchun bir nechta ijro birliklari ishlatiladigan Superscalar bajarilishi .  Ijro etish-maqsadida-Out ko'rsatmalar har qanday tartibda amalga lekin buzmasdan turib ma'lumotlar bog'liqliklar .
  
• 
  Ro'yxatdan o'tish nomini o'zgartirish, bu buyruqdan tashqari bajarilishini ta'minlash uchun ushbu ko'rsatmalar tomonidan reestrlarning qayta ishlatilishi natijasida kelib chiqadigan dastur ko'rsatmalarining keraksiz ketmaketligini oldini olish uchun ishlatiladigan usuldir .
  
• 
  To'liq ko'rsatmalar yoki ko'rsatmalar qismlarini bajarishga imkon beradigan spekulyativ ijro, bu bajarilish zarurligiga ishonch hosil qilishdan oldin.
  
• 
  Filial bashorat qoching kechikishlar uchun ishlatiladi ( deb ataladi : savdo rastalari) nazorat bog'liqliklar sabab hal qilinadi. Filialni bashorat qilish spekulyativ ijro bilan qo'llaniladi .
  

Yuqorida keltirilgan barcha ILP texnikalari qo'shimcha murakkabligi yuqori narxlarda amalga oshiriladi. Parallel ravishda biron bir operatsiyani bajarishdan oldin protsessor ko'rsatmalarning o'zaro bog'liqligini tekshirishi kerak . O'zaro bog'liqlikning ko'p turlari mavjud, ammo oddiy misol, birinchi buyruqning natijasi ikkinchi buyruq uchun kirish sifatida ishlatiladigan dastur bo'lishi mumkin. Ular aniq bir vaqtning o'zida bajarolmaydilar va ikkinchi ko'rsatma birinchisidan oldin bajarilishi mumkin emas. Zamonaviy ishdan chiqqan protsessorlar ushbu usullardan foydalanish uchun asosiy resurslardan foydalanadilar, chunki ko'rsatmalarning jadvali dastur bog'liqlik asosida amalga oshirilayotganda dinamik ravishda belgilanishi kerak.
VLIW yondashuv, boshqa tomondan, dasturlar bo'lsa, sobit bir jadvaliga asoslangan parallel ravishda operatsiya aniqlanadi amalga oshiradi olingan . Amaliyotlarni bajarish tartibini (shu jumladan qaysi operatsiyalar bir vaqtning o'zida bajarilishini) aniqlash kompilyator tomonidan amalga oshirilganligi sababli, protsessorga yuqorida tavsiflangan ILP texnikasi talab qiladigan murakkab apparat kerak emas . Natijada, VLIW protsessorlari apparatning murakkabligi kam bo'lgan, ammo kompilyator dizayni murakkabligi bilan sezilarli hisoblash quvvatini taqdim etadi .
VLIW yondashuv tomonidan ishlab chiqarilgan kod sifatida faqat foydalidir bir tushuncha Tuzuvchining uni qiladi, lekin ba'zi murakkab operatsiyalarni soddalashtirish mavjud maxsus ko'rsatmalar, bir qator bilan:

• 
  Yilda superscalar namunalari, soni ijro birliklar ko'rinmas qo'llanma to'plami . Har bir ko'rsatma faqat bitta operatsiyani kodlaydi. Ko'pgina superscalar dizaynlari uchun ko'rsatma kengligi 32 bit yoki undan kam.
  
• 
  Aksincha, bitta VLIW ko'rsatmasi bir nechta operatsiyalarni kodlaydi; xususan, bitta ko'rsatma qurilmaning har bir ijro birligi uchun kamida bitta operatsiyani kodlaydi . Masalan, agar VLIW qurilmasida beshta ijro birligi bo'lsa, u holda ushbu qurilma uchun VLIW ko'rsatmasida beshta operatsiya maydoni bo'ladi, ularning har biri ushbu mos keladigan birlikda qanday operatsiya qilish kerakligini ko'rsatib beradi. Ushbu operatsion maydonlari uchun bo'sh joy topish uchun VLIW ko'rsatmalari odatda kamida 64 bit kenglikda va ba'zi arxitekturalarda 128 bit yoki undan kengroq; ism shunday keladi.
  

Ma'lumotlar bo'yicha ba'zi operatsiyalarni bajarishdan oldin, ma'lumotlar registrlarda joylashtirilishi kerak. Ushbu tezkor xotira turi ma'lumotlar bo'yicha operatsiyalarni bajarishda zarur tezlikni ta'minladi. Barcha operatsiyalarni bajarish - hisoblash jarayonini boshqarishda ma'lumotlar va operatsiyalar bo'yicha operatsiyalarni protsessor amalga oshirdi. Kompyuter protsessori o'ziga xos ko'rsatmalarga ega edi. Ushbu to'siq potentsial hisoblash funktsiyasini hisoblash uchun universal edi. Boshqa tomondan, ushbu vosita odamlarning yozish dasturlarining nisbiy soddaligini ta'minladi. Dastlabki kompyuterlar uchun dasturlar, amaldagi protsessor buyruqlar majmuasiga kiritilgan qator buyruqlarni ifodalaydi. Dasturni kompyuterda ijro etish juda oddiy edi. Har safar kompyuterda bitta dastur bajarilgan. Protsessor, dasturga muvofiq ketma-ket navbatdagi buyruqlar ketmaketlikda bajarildi. Barcha kompyuter resurslari - xotira, protsessor vaqti, barcha qurilmalar - dasturning to'liq tasarrufida edi va hech narsa uning ishiga aralashmasdi (albatta odamni hisobga olmagan). Parallelizm ko'zga ko'rinmasdi. Bu idial juda uzoq vaqt davomida juda qimmat bo'lmagan kompyuter resurslari samarasiz ishlatgani tufayli uzoq davom etmadi. Kompyuterlar o'chirilmadi, bitta dastur boshqasini o'zgartirdi. Yaqin orada kompyuter protsessor bilan birga markaziy protsessor deb nomlanuvchi qo'shimcha protsessorlarga, eng avvalo, sekin komutlarni bajarish uchun mas'ul bo'lgan kirish / chiqish qurilmalarining maxsus protsessorlariga ega edi. Bu esa, bir vaqtning o'zida bir nechta dastur kompyuterda ishlayotgani - dastur natijalarini nashr etishi, ikkinchisi - bajarilishi va uchinchisi - masalan, magnit tasmasi yoki boshqa tashqi vositadan ma'lumotlarni kiritish uchun dasturni bajarishning ommaviy rejimini tashkil etishga imkon berdi. Inqilobiy qadam 1964 yilda IBM - OS 360 operatsion tizimining paydo bo'lishi bo'ldi. Kompyuterda paydo bo'lgan operatsion tizim uning mutlaq egasi bo'ldi - barcha resurslari menejeri. Endilikda foydalanuvchi dasturi faqat operatsion tizim nazorati ostida bajarilishi mumkin.

Operatsion tizim ikkita muhim vazifani hal etishga imkon berdi: bir tomondan, bir vaqtning o'zida kompyuterda ishlashning barcha dasturlariga zarur xizmatni taqdim etish, ikkinchidan, mavjud resurslarni ushbu resurslarga da'vo qilayotgan dasturlar orasida samarali foydalanish va tarqatish. Operatsion tizimlarning paydo bo'lishi bitta dasturli rejimdan ko'p dasturli rejimga o'tishga olib keldi, bir vaqtning o'zida bir xil dasturda bir nechta dastur mavjud. Ko'p dasturlash parallel dasturiy emas, biroq bu parallel hisoblash uchun bir qadamdir. Ko'p dasturlash - bir nechta dasturlarni parallel bajarish. Ko'p dasturlash sizga ularni bajarish uchun umumiy vaqtni kamaytirish imkonini beradi. Parallel hisoblashda bir xil dasturni parallel bajarish nazarda tutiladi. Parallel hisoblash bir dasturning bajarilish vaqtini kamaytirish imkonini beradi. Ko'p dasturlash uchun kompyuterning bir nechta protsessorlarga ega bo'lishi juda muhim. Ko'p dasturlashni amalga oshirish uchun protsessorlarning o'zaro ishlashini tashkil qiluvchi operatsion tizim mavjudligi etarli.