Mavzu: cisc, risc va vliw arxitekturalari reja: cisc arxitekturasi risc arxitekturasi

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.
RISC nima?

RISC - Reduced Instruction Set Computer – Qisqartirilgan buyruqlar to`plamiga ega kompyuter.
Qisqartirilgan ko'rsatmalar to'plami kompyuter mikroprotsessor arxitekturasining bir turi bo'lib, u odatda boshqa arxitekturalarda mavjud bo'lgan yuqori ixtisoslashtirilgan ko'rsatmalar to'plamidan ko'ra kichik va yuqori darajada optimallashtirilgan ko'rsatmalar to'plamidan foydalanadi. RISC Complex Instruction Set Computing (CISC) arxitekturasiga muqobildir va ko'pincha bugungi kunda mavjud bo'lgan eng samarali CPU arxitektura texnologiyasi hisoblanadi.
RISC markaziy protsessorga (CPU) kamroq vazifalarni bajarishga, lekin tezroq bajarishga imkon beruvchi soddalashtirilgan ko'rsatmalarning protsessor dizayni printsipini amalga oshiradi. Natijada ishlash yaxshilanadi. RISC ning asosiy xususiyati shundaki, ishlab chiquvchilar protsessorda ishlaydigan parallel linialar(oqimlar) sonini ko'paytirishi va registrlar to'plamini oshirish va ichki parallellik darajasini oshirish uchun protsessorning bajarish ko'rsatmalarini tezlashtirishi mumkin
ARM yoki "Advanced RISC Machine" - bu Arm Ltd tomonidan ishlab chiqilgan qisqartirilgan ko'rsatmalar to'plami arxitekturasiga asoslangan ko'rsatmalar to'plami arxitekturasining o'ziga xos oilasi. Ushbu arxitekturaga asoslangan protsessorlar smartfonlar, planshetlar, noutbuklar, o'yin konsollari va ish stollari, shuningdek, boshqa aqlli qurilmalarda tobora ko'proq foydalanilmoqda.
IBM Research xodimi Jon Kok 1974 yilda RISC kontseptsiyasini ishlab chiqdi va kompyuter ko'rsatmalarining taxminan 20 foizi ishning 80 foizini bajarishini isbotladi. Ushbu kashfiyotdan foyda ko'rgan birinchi kompyuter 1980 yilda IBM PC/XT bo'ldi. Keyinchalik, IBM kompaniyasining RISC System/6000 ushbu g'oyadan foydalandi. Bu atamaning o'zi (RISC) Berkli Kaliforniya universiteti o'qituvchisi Devid Patterson tomonidan ishlatilgan. Ushbu kontseptsiya Sun Microsystems kompaniyasining SPARC mikroprotsessorlarida qo'llanilgan va hozir Silicon Graphics tarkibiga kiruvchi MIPS Technologies kompaniyasining asos solishiga olib keldi.
Bugungi kunga kelib esa protsessorlarning rivoji sabab hech kim kompyuterlardagi buyruqlar to`plami va to`plamdagi buyruqlar soni bilan qiziqmaydi.
Shu vaqtdan boshlab RISC va CISC tarafdorlari o'rtasida ulkan g`oyaviy kurash boshlandi. RISC tarafdorlariga ko'ra, kompyuterlarni loyihalashning eng yaxshi usuli bu kam sonli oddiy ko’rsatmalarni (buyruqlarni) o'z ichiga olish va ularning har birini ma'lumotlar yo'lining bir siklida bajariladi. Ya'ni bir nechta registrda ba'zi arifmetik yoki mantiqiy amallarni bajaradi va natijani registrga qaytaradi. CISC bajaradigan bitta buyruq o`rniga RISC 4 yoki 5 ta buyruqni bajarsa ham buyruqlar bajarilishi RISCda CISCga nisbatan 10 marta tez bo`lishi hisobiga RISC kompyuterlari tez ishlashi ta`kidlangan.
Kompyuterlar bozorida RISC dominantlik qilishi hisobiga CISC kompyuterlariga ehtiyoj kamayishi kutilgan, biroq unday bo `lmadi;
Birinchidan, RISC kompyuterlari boshqa modellar bilan moslashib ishlash imkoniga ega emas edi. Bu paytda ko`plab kompaniyalar Intel mahsulotlari uchun ishlab chiqilgan dasturiy ta`minotlarga milliardlab dollarlar tikishgan edi. Ikkinchidan, Intel CISC arxitekturasida huddi shu g'oyalarni amalga oshira oldi. 486 protsessordan boshlab Intelning protsessorlari ma'lumotlar yo'lining bir siklida sodda buyruqlarni bajaruvchi RISC-yadroni qo`llay boshladi. Murakkab buyruqlar esa odatdagi CISC texnologiyasi asosida interpretatsiya qilinadigan bo`ldi. Buning natijasida odatdagi buyruqlar tezkorlik bilan, kam foydalaniluvchi murakkab buyruqlar sekinroq bajariladigan bo`ldi.
RISC quyidagi xususiyatlarga ega:
· Mashina ko'rsatmalarining doimiy uzunligi (masalan, 32 bit) va oddiy buyruq formati.
· Xotirali operatsiyalar bo'yicha maxsus buyruqlar - o'qish yoki yozish. O'qish-tahrirlash-yozish operatsiyalari yo'q. Har qanday "o'zgarish" operatsiyalari faqat ro'yxatdan o'tkazuvchilarning tarkibida (yuk-xotira mimarisi) amalga oshiriladi.
· Ko'p sonli umumiy registrlar (32 va undan ko'p).
- qisqartirilgan ma'lumotlar turlari bo'yicha "o'zgarish" operatsiyalari uchun qo'llab-quvvatlanmaydi - byte, 16 bitli so'z. Misol uchun, DEC Alpha buyruqlar tizimi faqatgina 64 bitli so'zlar bo'yicha operatsiyalarni o'z ichiga olgan va baytlar, 16 bit va 32 bitli so'zlar bo'yicha operatsiyalarni bajarish uchun ishlab chiqish va keyingi chaqiruvni talab qilishgan.
· Protsessor ichidagi dasturiy ta'minotning etishmasligi. CISC protsessorida mikroprogramlar bilan bajarilganligi, RISC protsessorida odatdagi (agar maxsus xotira qurilmasiga joylashtirilgan bo'lsa ham) OT kodi va ilovalarning yadro kodidan tubdan farq qilmaydi.
RISC uchun odatiy echimlar:
· Majmua ijrosi. Agar shartli filial buyrug'i bilan ish olib boradigan bo'lsa, protsessor (yoki hech bo'lmaganda ko'rsatma keshiga o'qiydi), ikkala bo'linish o'tishni nazorat qilish ifodasini hisoblash tugaguniga qadar amalga oshiriladi. Shartli o'tish vaqtida konveyerning uzilishidan voz kechishga imkon beradi.
· Reyestrlarni qayta nomlash. Har bir protsessor reestri aslida bir nechta versiyani saqlaydigan bir necha parallel registrlar. Spekulyativ bajarilishini amalga oshirish uchun foydalaniladi.
RISC protsessorlari dekodlashning soddalashuvi va ijro etish muddati qisqartirilishi uchun yo'riqnomalarni soddalashtirish orqali yuqori tezlikka ega. Birinchi RISC protsessorlari ko'paytirish va bo'linish bo'yicha ko'rsatmalarga ega emas edi. Shuningdek, u soat chastotasining oshishiga yordam beradi va yuqori tezlikni yanada samaraliroq qiladi (bir nechta ijro etuvchi qurilmalar o'rtasida ko'rsatmalarning parallellashuvi).
RISC deb nomlangan birinchi arxitekturada dekodlashni soddalashtirish bo'yicha ko'rsatmalarning ko'pchiligi bir xil uzunligi va o'xshash tuzilishga ega, arifmetik operatsiyalar faqat registrlar bilan ishlaydi va xotira bilan ishlash alohida yuklanish (yuk) va saqlash (saqlash) ko'rsatmalaridan iborat. Bu xususiyatlar quvurlarni ajratish bosqichlarini yaxshiroq muvozanatlashtirib, RISCdagi quvurlarni yanada samarali qilish va soat chastotasini oshirish imkonini berdi.
Oddiy ko'rsatmalarga e'tibor qaratish RISC arxitekturasiga olib keladi, uning maqsadi yo'riqnomani soddalashtirib, ular osonlikcha quvvati va konveyerning har bir bosqichida yuqori chastotalarda birdan ortiq o'lchov o'tkazmaslikdir.
Keyinchalik RISC ma'lumotlarini ishlash va xotiraga kirish bo'yicha ko'rsatmalarni ajratishda eng muhim xususiyati xotira faqat yuk va do'kon ko'rsatmalari orqali erishilganligi va barcha boshqa yo'riqnomalar ichki registrlar bilan cheklanganligi qayd etildi. Bu protsessor me'morchiligi soddalashtirildi: ruxsat etilgan yo'riqnomalar faqat ikki yo'riqnomada xotiraga kirishda kechikishlar bilan bog'liq bo'lgan sobit uzunlik, soddalashtirilgan quvur tarmoqlari va xavfsiz holatga mantiqdir. Natijada RISC arxitekturalari yuk / do'kon arxitekturasi deb ham ataladi.

Buyruqlar to'plamidagi ko'rsatmalar sonini kamaytirish uchun "qisqartirilgan ko'rsatmalar to'plami" noto'g'ri tushundilar. Aslida, ko'p RISC protsessorlari CISC protsessorlariga nisbatan ko'proq ko'rsatmalarga ega. Darhaqiqat, har bir shaxsiy buyruqlar uchun ishning miqdori (va vaqti) kamayadi - eng ko'p xotiradan foydalanishning bir davrida. CCCC protsessoriga oid yo'riqnomalar yuzlab xotiradan foydalanishni to'xtatishni talab qilishi mumkin.

RISC tizimi deb ataladigan birinchi tizim 1964 yilda Seymour Cream tomonidan yaratilgan CDC 6600 superkompyuteridir. Keyinchalik RISC atamasi aslida "Seymour Cray tomonidan kashf qilingan" ("Aslida Seymour Cray tomonidan yaratilgan") degan hazil bo'ldi.
Chip ustida RISC protsessorini yaratishga birinchi urinish 1975 yilda IBMga topshirildi. Bu ish 1981 yilda ROMP nomi ostida chip sifatida chiqarilgan IBM 801 protsessorlari oilasining yaratilishiga olib keldi. ROMP Research Process OPD (Office Product Division) Micro Processor, "Tadqiqot deputati" mavjud. Buning ortidan bir nechta tadqiqot loyihalari bajarildi, ulardan biri energiya tizimiga olib keldi.
X86 protsessorlari supersqalar RISC arxitekturasiga o'tkazilgandan so'ng, hozirgi protsessorlarning katta qismi RISC arxitekturasiga asoslangan deb aytish mumkin.
1.1 CISC va RISC arxitekturasi o'rtasidagi asosiy farqlar
Kompyuter sanoati tomonidan kompyuter texnologiyalari rivojlanishining hozirgi bosqichida qo'llanadigan ikkita asosiy ko'rsatmalarni (mos ravishda) CISC va RISC arxitekturasi hisoblanadi. CISC arxitekturasining asoschisi o'zining asosiy arxitekturasi / 360, yadrosi 1964 yildan buyon ishlatilgan va masalan, IBM ES / 9000 kabi zamonaviy masterframlarda saqlanib kelingan IBM sifatida qaralishi mumkin. Komple komanda majmui (CISC - Komple Ko'rsatma Kompyuterni o'rnatish) x86 va Pentium seriyali Intel bilan hisoblanadi. Ushbu arxitektura mikrokompyuter bozorining amaldagi standartidir. CISC-protsessorlari uchun xosdir: umumiy registrlar nisbatan kichik; ularning ko'pchiligi semantik darajada yuqori darajali dasturlash tillari operatorlariga o'xshash bo'lgan va juda ko'p davrlarda bajarilgan ko'plab mashina ko'rsatmalari; ko'plab manzil usullari; turli xil bit chuqurlikdagi buyruqlar ko'pligi formatlari; ikki manzilli buyruqlar formatining tarqalishi; registr-xotira kabi buyruqlar buyruqlar mavjudligi.
Zamonaviy ishchi stantsiyalar va serverlar arxitekturasining asoslari - kompyuterning arxitekturasi (RISC - Reduced Instruction Set Computer). Ushbu arxitekturaning boshlang'ichlari CDC6600 kompyuterlarida ishlab chiqilgan bo'lib, ishlab chiquvchilari (Thornton, Cray va boshqalar) tezkor kompyuterlarni yaratish bo'yicha ko'rsatmalarni soddalashtirish muhimligini tushunishdi. S. Cray me'morchiligini soddalashtirishning an'anasi Cray Research kompaniyasining taniqli superkompyuterlarini yaratishda muvaffaqiyatli qo'llanildi. Biroq, RISCning zamonaviy tushunchasi zamonaviy kompyuterda uchta ilmiy loyiha asosida yaratilgan: IBM protsessori 801, Berkli universiteti RISC protsessori va Stenford Universiteti MIPS protsessori.
RISC arxitekturasining boshqa funktsiyalari qatorida, yetarli darajada katta ro'yxatga olish fayli mavjudligini (odatda RISC protsessorlarida 32 yoki undan ortiq registrlar CISC arxitekturalarida 8 dan 16tagacha registrlar bo'yicha) mavjudligini ta'kidlash kerak, bu esa katta hajmdagi ma'lumotlarning protsessor chipida vaqtni o'zgartiruvchi registrlar tarqatish uchun derleyici ishini osonlashtiradi.
Qayta ishlash uchun, odatda, uch paroldagi buyruqlar ishlatiladi, bu parolni parchalashni osonlashtirish bilan birga, registrlardagi ko'plab parametrlarni keyinchalik qayta yuklamasdan saqlash imkonini beradi.
RISC arxitekturasining rivojlanishi asosan optimallashtiruvchi kompilyatorlarni yaratish jarayonida aniqlandi. Katta ro'yxatga olish fayli, quvur liniyasi tashkiloti va undan yuqori buyruqlar bajarish tezligi afzalliklaridan samarali foydalanish imkonini beruvchi zamonaviy kompilyatsiya uslubi. Zamonaviy kompilyatorlar RISC protsessorlarida keng qo'llaniladigan ish faoliyatini oshirish uchun yana bir optimallash texnikasining afzalliklaridan foydalanadi: bir vaqtning o'zida bir nechta buyruqlar chiqarishga imkon beradigan kechiktirilgan o'tish va superscalar ishlovlarini amalga oshirish.
Shuni ta'kidlash kerakki, Intelning eng so'nggi ishlanmalarida (Pentium va Pentium Pro), shuningdek, uning raqiblari izdoshlari (AMD R5, Cyrix M1, NexGen Nx586 va boshqalar) RISC mikro protsessorlarida qo'llaniladigan g'oyalar keng qo'llaniladi, shuning uchun CISC va RISC o'rtasidagi farqlarning aksariyati o'chiriladi. Biroq, arxitektura murakkabligi va x86 ko'rsatmalari saqlanib qolmoqda va unga asoslangan protsessorlarning ish faoliyatini cheklaydigan asosiy omil hisoblanadi.
1.1 CISC va RISC arxitekturasi o'rtasidagi asosiy farqlar
Kompyuter sanoati tomonidan kompyuter texnologiyalari rivojlanishining hozirgi bosqichida qo'llanadigan ikkita asosiy ko'rsatmalarni (mos ravishda) CISC va RISC arxitekturasi hisoblanadi. CISC arxitekturasining asoschisi o'zining asosiy arxitekturasi / 360, yadrosi 1964 yildan buyon ishlatilgan va masalan, IBM ES / 9000 kabi zamonaviy masterframlarda saqlanib kelingan IBM sifatida qaralishi mumkin. Komple komanda majmui (CISC - Komple Ko'rsatma Kompyuterni o'rnatish) x86 va Pentium seriyali Intel bilan hisoblanadi. Ushbu arxitektura mikrokompyuter bozorining amaldagi standartidir. CISC-protsessorlari uchun xosdir: umumiy registrlar nisbatan kichik; ularning ko'pchiligi semantik darajada yuqori darajali dasturlash tillari operatorlariga o'xshash bo'lgan va juda ko'p davrlarda bajarilgan ko'plab mashina ko'rsatmalari; ko'plab manzil usullari; turli xil bit chuqurlikdagi buyruqlar ko'pligi formatlari; ikki manzilli buyruqlar formatining tarqalishi; registr-xotira kabi buyruqlar buyruqlar mavjudligi.
Zamonaviy ishchi stantsiyalar va serverlar arxitekturasining asoslari-kompyuterning arxitekturasi (RISC - Reduced Instruction Set Computer). Ushbu arxitekturaning boshlang'ichlari CDC6600 kompyuterlarida ishlab chiqilgan bo'lib, ishlab chiquvchilari (Thornton, Cray va boshqalar) tezkor kompyuterlarni yaratish bo'yicha ko'rsatmalarni soddalashtirish muhimligini tushunishdi. S. Cray me'morchiligini soddalashtirishning an'anasi Cray Research kompaniyasining taniqli superkompyuterlarini yaratishda muvaffaqiyatli qo'llanildi. Biroq, RISCning zamonaviy tushunchasi zamonaviy kompyuterda uchta ilmiy loyiha asosida yaratilgan: IBM protsessori 801, Berkli universiteti RISC protsessori va Stenford Universiteti MIPS protsessori.
RISC arxitekturasining boshqa funktsiyalari qatorida, yetarli darajada katta ro'yxatga olish fayli mavjudligini (odatda RISC protsessorlarida 32 yoki undan ortiq registrlar CISC arxitekturalarida 8 dan 16tagacha registrlar bo'yicha) mavjudligini ta'kidlash kerak, bu esa katta hajmdagi ma'lumotlarning protsessor chipida vaqtni o'zgartiruvchi registrlar tarqatish uchun derleyici ishini osonlashtiradi.
Qayta ishlash uchun, odatda, uch paroldagi buyruqlar ishlatiladi, bu parolni parchalashni osonlashtirish bilan birga, registrlardagi ko'plab parametrlarni keyinchalik qayta yuklamasdan saqlash imkonini beradi.
RISC arxitekturasining rivojlanishi asosan optimallashtiruvchi kompilyatorlarni yaratish jarayonida aniqlandi. Katta ro'yxatga olish fayli, quvur liniyasi tashkiloti va undan yuqori buyruqlar bajarish tezligi afzalliklaridan samarali foydalanish imkonini beruvchi zamonaviy kompilyatsiya uslubi. Zamonaviy kompilyatorlar RISC protsessorlarida keng qo'llaniladigan ish faoliyatini oshirish uchun yana bir optimallash texnikasining afzalliklaridan foydalanadi: bir vaqtning o'zida bir nechta buyruqlar chiqarishga imkon beradigan kechiktirilgan o'tish va superscalar ishlovlarini amalga oshirish.