1.1. Микропроцессоры типа cisc

Большинство современных ПК используют МП типа CISC, выпускаемые фирмами Intel, AMD и некоторыми др.

МП фирмы Intel имеют большее распространение (до 80%); характеристики некоторых из них приведены в табл. 1.

Таблица 1. Характеристики некоторых CISC МП Intel (одноядерные)

Модель МП Intel	Разрядность данy/адрес, бит	Тактовая частота, МГц	Адресное простран-ство, байт	Состав команд	Число эле-ментов /Тех-нология, мкм	Частота FSB, МГц	Год выпуска
4004	4/4	0,108	4•10^3		2300/3 мкм	-	1971
8080	8/8	2,0	64•10^3		10 000/3 мкм	-	1974
8086	16/16	4,77 и 8	10^6		70 000/3 мкм	-	1979
8088	8,16/16	4,77 и 8	10^6		70 000/3 мкм	-	1978
80186	16/20	8 и 10	10^6		140 000/3 мкм	-	1981
80286	16/24	8-20	16•10^6		180 000/1,5	-	1982
80386	32/32	16-50	4•10^9	Базовый	275 000/1	-	1985
80486	32/32	25-100	4•10^9	Базовый	1,2●10^6/1	-	1989
Pentium	64/32	75-200	4•10^9	Базовый	3,3●10^6/0,35	66	1993
Pentium Pro	64/32	150-200	4•10^9	Базовый	5,5●10^6/0,35	66	1995
Pentium MMX	64/36	166-233	64•10^9	Базовый+57ММХ	7,5●10^6/0,35	100	1997
Pentium II	64/36	233-600	64•10^9	ММХ+(ММХ2)	7,5●10^6/0,25	133	1997
Celeron	64/32	300-800	4•10^9	ММХ2	19●10^6/0,22	100	1998
Pentium III	64/36	500-1000	64•10^9	SSE	25●10^6/0,18	133	1999
P4 Willamette	64/36	1000-3400	64•10^9	SSE2	42●10^6/0,13	400	2000
P4 Northwood	64/36	1800-3400	64•10^9	SSE2	55●10^6/0,13	533	2001
P4E Prescott	64/36	2800-3600	64•10^9	SSE3	125●10^6/0,09	800	2003
P4XE Gallatine	64/36	3200-3600	64•10^9	SSE3	178●10^6/0,09	1066	2004
P D2 Prescott	64/64	2800-3200	64•10^9	SSE3+	275●10^6/0,09	800	2005

«Состав команд»: ММХ = Базовый + 57; ММХ2 = ММХ+ несколько дополнительных 32-битных инструкций группы SSE.

1.2. МП RISC (Reduced Instruction Set Computing) — вычисления с сокращённым набором команд. Эти процессоры которая во главу ставят следующий принцип: более компактные и простые инструкции выполняются быстрее. Простая архитектура позволяет удешевить процессор и поднять тактовую частоту. Многие ранние RISC-процессоры даже не имели команд умножения и деления.

Идея создания RISC процессоров пришла после того, как в 1970-х годах ученые из IBM обнаружили, что многие из функциональных особенностей традиционных CPU игнорировались программистами. Следующее открытие заключалось в том, что некоторые сложные операции были медленнее, чем те же действия, выполняемые набором простых команд.

МП типа RISC содержат только набор простых, чаще всего встречающихся в программах команд. При необходимости выполнения более сложных команд в МП производится их автоматическая сборка из простых. Все команды имеют один размер и на выполнение каждой из них тратится один машинный такт (а на выполнение самой короткой команды из системы CISC обычно тратится четыре такта).

Первые RISС-процессоры были разработаны в начале 1980-х гг. в Стэнфордском и Калифорнийском университетах США. Они выполняли небольшой (50-100) набор команд, тогда как обычные CISC выполняли по 100-200 видов команд. Один из первых МП типа RISC — ARM на ПК IBM PC RT: 32 разрядный МП, имеющий 118 различных команд. Современные 64-разрядные RISC МП выпускаются многими фирмами: Apple, IBM, DEC, Sun и др.

Микропроцессоры типа RISC имеют очень высокое быстродействие, но программно не совместимы с CISC-процессорами: при выполнении программ, разработанных для ПК типа IBM PC, они могут лишь эмулировать (моделировать, имитировать) МП типа CISC на программном уровне, что приводит к резкому уменьшению их эффективной производительности.

Характерные особенности RISC-процессоров:

- фиксированная длина машинных инструкций (например, 32 бита) и простой формат команды.

- одна инструкция выполняет только одну операцию с памятью — чтение или запись. Операции вида «прочитать-изменить-записать» отсутствуют.

- большое количество регистров общего назначения (32 и более).

1.3. Микропроцессоры типа VLIW (Very long instruction word)

VLIW - архитектура МП с несколькими вычислительными устройствами. Одна инструкция процессора содержит несколько операций, которые выполняются параллельно. Задача распределения решается во время компиляции и в инструкциях явно указано, какое вычислительное устройство должно выполнять какую команду.

Программисты доступа к внутренним VLIW-командам не имеют: все программы работают поверх низкоуровневого ПО, которое ответственно за трансляцию команд МП в команды VLIW. МП типа VLIW вместо сложной схемной логики, обеспечивающей в современных суперскалярных МП параллельное исполнение команд, используют ПО. Упрощение аппаратуры позволило уменьшить габариты МП и потребление энергии.

Преимущества и недостатки

● Подход VLIW сильно упрощает архитектуру МП, перекладывая задачу распределения вычислительных устройств на компилятор.

● Значительно снижается энергопотребление.

● Но код для VLIW обладает невысокой плотностью. Из-за большого количества пустых инструкций для простаивающих устройств программы для VLIW-процессоров могут быть гораздо длиннее, чем аналогичные программы для традиционных архитектур.

● Из-за сложных внутренних зависимостей кода, программирование на уровне машинных кодов для VLIW-архитектур вручную практически невозможно. Приходится полагаться на оптимизацию компилятора, который сам может содержать ошибки.

МП VLIW выпускают различные фирмы:

■ Transmeta — > МП Crusoe моделей ТМ3120, ТМ5400, ТМ5600;

■ Hewlett-Packard — > модель McKinley.

■ К VLIW отнесем и МП Elbrus 2000 (E2k) русской компании «Эльбрус»;

■ Intel —> ряд МП Itanium.

На нем реализована технология Intel Architecture-64 или EPIC (Explicitly Parallel Instruction Computing — вычисления с явной параллельностью инструкций) - развитие VLIW.

I tanium — первый МП, использующий полный набор 64-битных инструкций IA-64.

Позже Intel представила развитие – Itanium2:

- в 2004 – Madison,

- в 2006 – Montecito,

- в 2007 – двухядерный Montvale.

- в 2010 – Itanium 9300 Tukwila

Рис. Формат инструкций IA-64