«Kompyuter tizimlari» kafedrasi S. T. Kubayev, U. I. Murtazayeva kompyuter tizimlarini loyihalash va tashkil etish

RISC va CISC tizimlari.
XX asrning 70-yillar oxirida juda murakkab buyruqlar bilan ko’p tajribalar o’tkazildi, bularning ko’rinishi talqin orqali amalga oshirildi. Dasturchilar kompyuterlarni nima qila olishligi o’rtasidagi "semantik uzilishni" kamaytirish uchun harakat qilishdi va yuqori darajadagi tillarni talab qiladi. Deyarli hech kim yanada oddiy mashinalari ishlab chiqish haqida o’ylamagan.
IBM kompaniyasida, bu tendensiyani, Jon Kok (Yuhanno Cocke) boshchiligidagi rivojlantirish jamoasi qarshilik qildi; ular empirik yuqori samarali mini-kompyuter 801.ni yaratish bilan Seymura Kreya g’oyalarini amalga oshirish uchun harakat qildi. IBM kompaniyasi, bu mashinani sotish bilan shug’ullanmagan bo’lsada, tajriba natijalarini chop etadi, faqat bir necha yildan keyin [Radin, 1982], bu xabar butun dunyo bo’ylab tez tarqaldi va boshqa ishlab chiqaruvchilar ham, bunday arxitekturalarni rivojlantirish bilan shug’ullandi. Bu terminni RISC deb, yangi protsessorni RISC I deb nomlashdi va tez orada RISC II ishlga tushirildi.
Bir oz o’tib, 1981 yilda, Stenfordda Dzhon Hyennesi (Yuhanno Hyennesy) MIPS [Hyennessy, 1984] deb nomlangan boshqa bir mikrosxema ishlab chiqdi va ishga tushirdi. Bu ikki mikrosxema, o’z navbatida, SPARS va MIPSning muhim bo’lgan tijorat mahsulotlari orasida rivojlandi.
Yangi protsessorlar oddiy tijorat protsessorlaridan farq qiladi. Ular mavjud mahsulotlariga mos kelmasdi, chunki, ishlab chiquvchilar u yerga yangi buyruqlar guruhini yoqish huquqiga ega va umumiy tizimi faoliyatini yaxshilashi mumkin,.
Dastlab tez amalga oshirilishi mumkin bo’lgan oddiy buyruqlarga qaratilgan. Lekin, tez orada, rivojlantirish jamoalari uchun tez ishga tushirish mumkin bo’lgan yuqorida ishlab chiqilgan kompyuter yekanligini tushunishdi. Bu yerda, bu yoki boshqa buyruqlar qancha uzoq vaqtda ishlash bajarishi muhim emas edi, muhimi bir sekundda qancha buyruqlar ishga tushishi edi.
Bugungi kunda juda ham kam kishi buyruqlarning hajmi juda muhim deb hisoblashadi, ammo nomlari hozirgacha saqlanib kelmoqda.
Bajarish bo’yicha RISC afzalliklarini hisobga olib, bozorda SUN kompaniyasining Ultra SPARS sifatida, CISC kompyuterlar (Intel Pentium va hokazo) bunday kompyuterlar uchun ustunlik kerak, deb taklif qilish mumkin yedi. Lekin shunga o’xshash hech narsa sodir bo’lmadi. Nima uchun?
Birinchidan, RISC kompyuterlari boshqa modellar bilan mos emas, bir qancha kompaniyalar esa, Intel mahsulotlari uchun dasturiy ta’minot mahsulotlariga milliardlab dollar sarmoya kiritishgan. Ikkinchidan, g’alati bo’lsa ham, Intel kompaniyasi CISC arxitekturasiga xuddi shunday g’oyani kiritishga muvaffaq bo’ldi. Intel protsessorlari, o’z ichiga RISC yadrosini olgan 486 protsessori bilan boshlangan, yeng oddiy (va keng tarqalgan) buyruqlarni ma’lumotlar yo’lida bir siklda bajargan, CISC texnologiyasi esa ancha murakkab buyruqlarni amalga oshirishni o’z ichiga olgan. Natijasida odatiy buyruqlar tez bajarilgan, ancha murakkab va kam ishlatiladigani sekin bajarilgan. Shunga qaramay CISC arxitekturasi RISC arxitekturasiga qaraganda bir qator afzalliklarga ega.


Zamonaviy kompyuterlarni loyihalash asoslari
RISC birinchi kompyuterlari tashkil qilinganiga 20 yildan oshgan bo’lsada biroq, zamonaviy texnologiyalarning apparat ta’minotining bugungi holatinidan kelib chiqib, ularning ba’zi asoslari va tamoyillarini bilib olish mumkin. Agar texnologiyada o’zgarish kam bo’layotgan bo’lsa, barcha shartlar o’zgaradi (masalan, yangi ishlab chiqarish jarayoni, markaziy protsessorga murojat qilishdan ko’ra xotiraga 10 marta kam murojaat qiladi). Shuning uchun, ishlab chiquvchilar har doim texnologiyaning o’zgarishini hisobga olgan holda, kompyuterning tarkibiy qismlarining o’rtasidagi muvozanatga ta’sir qilishi mumkinligini hisobga olishi kerak.
Universal protsessorlarni imkoni boricha ishlab chiqarishga harakat qiluvchilar uchun RISC asoslari deb ataluvchi ishlab chiqarishni bir qator tamoyillari mavjud. Ba’zi tashqi cheklovlar sababli, masalan, boshqa mashinalar bilan moslashishni talab qilish, vaqti vaqti bilan kompromisga borishga to’g’ri keladi, lekin bu tamoyillar ko’p ishlab chiqaruvchilar uchun maqsad hisoblanadi.
Barcha buyruqlar apparat ta’minotida bevosita amalga oshirilishi kerak. Bu odatiy buyruqlarni mikro buyruqlar interpretatsiyalarsiz to’g’ridan - to’g’ri bajaradi. Interpretasiya darajasining chetlatilishi ko’p buyruqlarni bajarish tezligini oshiradi. CISC tipidagi kompyuterlarda ancha murakkab buyruqlarni bir nechta qadamlarga ajratish mumkin, xuddiki keyin mikro buyruqlar izdoshi kabi bajariladi. Bu qo’shimcha operatsiya mashina tezligini kamaytiradi, lekin tez-tez ishlatiladigan buyruqlar uchun foydalanish mumkin.
Kompyuter bir soniyada imkon qadar ko’p buyruqlar ishga tushirishi kerak. Zamonaviy kompyuterlarda ishlab chiqarish faoliyatini yaxshilash jarayonida turli usullar qo’llaniladi, bir sekund ichida imkon qadar ko’proq buyruqni ishga tushirish ulardan eng muhimi hisoblanadi. Oxir oqibat, agar protsessor bir sekundda 500 million buyruqlarni ishga tushira olsa, bu buyruqlarni bajarishda qancha vaqt ketishidan qat’iy nazar uning ishlab chiqarish faoliyati 500 MIPS ni tashkil etadi.
Bu qoidada, paralellashtirish, ishlab chiqarish faoliyatini o’sishi uchun asosiy faktor bo’lishini taklif qiladi, agar bir vaqtning o’zida bir nechta buyruqlarni bajarish imkoni bo’lsagina, qisqa vaqt oralig’ida bir nechta buyruqlarni bajarish uchun ishga tushirish mumkin.
Har qanday dasturning buyruqlari xotirada aniqlangan tartibda joylashgan bo’lsa, kompyuter ishga tushish va yakunlash tartibini o’zgartiradi. Albatta, agar birinchi buyruq registrda ahamiyat o’rnatsa, ikkinchi buyruq esa shu registrda ishlatilsa, ikkinchi buyruq registrdan oldinroq foydalanmasligi uchun juda ehtiyotkorlik bilan harakat qilish kerak bo’ladi. Bunday xatolarni oldini olish uchun, xotirada katta miqdordagi qo’shimcha ma’lumotlar saqlangan bo’lishi kerak, lekin bir nechta buyruqlarni bir vaqtda bajarish imkoniyati baribir yuqori hisoblanadi.
Buyruqlar osonlik bilan dekodlanishi kerak. Bir sekundda ishga tushiriladigan buyruqlar miqdori alohida buyruqlarning dekodlanish tempiga bog’liq. Buyruqlarni dekodlash, ularga qanday resurslarni va qanday harakatlarni bajarish kerakligini bilish uchun imkon beradi. Bu jarayonning har qaysi imkoniyati foydali hisoblanadi. Masalan, fiksirlangan uzunlikdagi va uncha katta bo’lmagan maydonlarda bir xil turdagi buyruqlardan foydalanish mumkin.
Xotiraga faqat yuklash va saqlash buyruqlari murojaat qilishi kerak. Alohida qadamlarda, operatsiyani buzishning yeng oson yo’llaridan biri – bu buyruqlarning katta qismidagi operandlar registrlardan olinishi va shu joyga qaytishi kerak. Operandlarning xotiradan registrga ko’chib o’tish operatsiyasi yana qaytadan har xil buyruqlarda namoyon bo’lishi mumkin. Xotiradan foydalanish uzoq vaqt talab etganligi sababli, ushbu buyruqlar ishlashida boshqa buyruqlarni ham olishi mumkin, bu jarayonni prognozlashni imkoni yo’q, birgina maqsad registrlar va xotira o’rtasidagi operandlarning ko’chib o’tishi hisoblanadi. Bu xotira faqat yuklash va saqlash buyruqlari murojaat qilishi kerak (LOAD va STORE).
Registrlar soni ko’p bo’lishi kerak. Xotiradan foydalanishdagi yo’l nisbatan sekin bo’lgani uchun, kompyuterda ko’plab registrlar bo’lishi kerak (kamida 32). Agar so’z qachondir xotiradan yuklangan bo’lsa, registrlar soni ko’p bo’lgandagina, unga murojaat qilinmaguncha registrda saqlanib qolinishi mumkin. So’zni registrdan xotiraga qaytishi va shu so’zni registrga yangidan yuklash mumkin emas. Ortiqcha ko’chib o’tishlarning oldini olish uchun yeng yaxshi yo’l – registrlarning yetarli miqdorda bo’lishi.