40. Системы команд; (1)

Умение вычислительной машины выполнять различные операции по обработке информации определяется системой команд.

Правила общения с ЭВМ, основаны на использовании системы команд составляют машинные коды.

Системы команд – это зеркало архитектуры ЭВМ, в которой отражается индивидуальность внутренней организации, определённого типа машин элементом системы команд является команда, а команда – это предложение на машинном языке, а части этого предложения порядок их следования(команд) и размеры – строго определены. Они задаются форматом «Команды».

Любая команда ЭВМ состоит из 2х частей: операционная и адресная.

Операционная – указывается такое действие, необходимо выполнить с информацией. Код операции можно представить как некоторый условный номер в общем списке команд.

Адресная часть – это место, где используется информация хранится и куда нужно внести результат, например у команды «остановки» операционная часть присутствует, а адресная отсутствует, но бывает адресная часть состоит из 3х состовляющих. Например числа: а1 и а2 произвести сложение и поместить в а3.

41. Оптимизация выполнения команд; (2)

Предназначения для ускорения цикла выполнения команд

1. Конвееризация

Рассмотрев выполнение одной команды процессора – очевидно, что это не оптимальная загрузка УУ. Команда извлекается на первом этапе, а на 2, 3 и следующих элементах схемы простаивают, поэтому необходимо сделать работу УУ более интенсивной. Т.е. когда происходит расшифровка и выполнение 1 команды можно извлечь из УУ 1 или несколько команд. Такой способ похож на заводской, где каждый рабочий выполняет 1 простую операцию и передает результаты своего труда другим.

Эффективность такого труда заключается в том, что по все длине конвеера происходит одновременная параллельная работа над несколькими командами.

2. Суперскаляный

Суть : дублирование устройств образует 2 конвеера, выполняющих команды.

42. Классы процессоров: виды, описание; (2)

В зависимости от набора и порядка выполнения команд процессоры подразделяются на два основных класса, отражающих также последовательность развития ЭВМ.

Ранее других появились процессоры CISC. Затем с целью повышения быстродействия процессоров были разработаны процессоры RISC, которые характеризуются сокращенным набором быстро выполняемых команд. Ряд редко встречающихся команд процессора CISC выполняется последовательностями команд процессора RISC.

CISC (complex instruction set computer) есть традиционная архитектура, в которой ЦП использует микропрограммы для выполнения исчерпывающего набора команд.

В течение долгих лет производители компьютеров разрабатывали и воплощали в изделиях все более сложные и полные системы команд. Однако анализ работы процессоров показал, что примерно 80% времени выполняется лишь 20% большого набора команд. Поэтому была поставлена задача оптимизации выполнения небольшого по числу, но часто используемых команд.

В 1974 г. John Cocke (IBM Research) решил испробовать подход, который мог бы существенно уменьшить количество машинных команд в ЦП. В середине 70-х гг. это привело многих производителей компьютеров к пересмотру своих позиций и к разработке ЦП с весьма ограниченным набором команд.

RISC (Redused Instuction Set Computer) — процессор, функционирующий с сокращенным набором команд. Так, в процессоре CISC для выполнения одной команды необходимо в большинстве случаев 10 и более тактов. Что же касается процессоров RISC, то они близки к тому, чтобы выполнять по одной команде в каждом такте.

Первый процессор RISC был создан корпораци¬ей IBM в 1979 г. и имел шифр IBM 801. В настоящее время процес¬соры RISC получили широкое распространение.

Современные процессоры RISC имеют следующие характеристики:

упрощенный набор команд, имеющих одинаковую длину;

большинство команд выполняются за один такт процессора;

отсутствуют макрокоманды, усложняющие структуру процессора и уменьшающие скорость его работы;

взаимодействие с оперативной памятью ограничивается операциями пересылки данных;

уменьшено число способов адресации памяти (не используется косвенная адресация);

создан конвейер команд, позволяющий обрабатывать несколько из них одновременно;

используется высокоскоростная память.

Новый подход к архитектуре процессора значительно сократил площадь, требуемую для него на чипе. Это позволило резко увеличить число регистров. В современном процессоре RISC уже используется более 100 регистров. В результате процессор на 20—30% реже обращается к оперативной памяти, что также повысило скорость обработки данных.

Начиная с процессора Pentium, корпорация Intel начала внедрять элементы RISC-технологий в свои изделия. Кроме того, известны процессоры MISC (работающие с мини¬мальным набором длинных команд) и VLIW (с системой команд сверхбольшой разрядности).

Процессор VLIW — процессор, работающий с системой команд сверхбольшой разрядности.

Идея технологии VLIW (Very large instruction word) заключается в том, что создается специальный компилятор планирования, который перед выполнением прикладной программы проводит ее анализ и по множеству ветвей последовательности операций определяет группу команд, которые могут выполняться параллельно. Каждая такая группа образует одну сверхдлинную команду. Это позволяет решать две важные задачи: во-первых, в течение одного такта выполнять группу коротких («обычных») команд, во-вторых, упро¬стить структуру процессора. Этим технология VLIW отличается от суперскалярности. В последнем случае отбор групп одновременно выполняемых команд происходит непосредственно в ходе выполнения прикладной программы (а не заранее), что усложняет структуру процессора и замедляет его скорость.

Процессор MISC — MISC processor — работающий с минимальным набором длинных команд.

Увеличение разрядности процессоров привело к идее укладки нескольких команд в одно слово (связку, bound) размером 128 бит. Оперируя с одним словом, процессор получил возможность обрабатывать сразу несколько команд. Это позволило использовать воз¬росшую производительность компьютера и его возможность обрабатывать одновременно несколько потоков данных.