Foreversoft.ru

IT Справочник
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Циск и риск архитектура

Особенности RISC и CISC архитектуры

RISC — архитектура процессора, в которой быстродействие увеличивается за счёт упрощения инструкций, чтобы их декодирование было более простым, а время выполнения — меньшим. Первые RISC-процессоры даже не имели инструкций умножения и деления. Это также облегчает повышение тактовой частоты и делает более эффективной суперскалярность (распараллеливание инструкций между несколькими исполнительными блоками).

Наборы инструкций в более ранних архитектурах, для облегчения ручного написания программ на языках ассемблеров или прямо в машинных кодах, а также для упрощения реализации компиляторов, выполняли как можно больше работы. Нередко в наборы включались инструкции для прямой поддержки конструкций языков высокого уровня. Другая особенность этих наборов — большинство инструкций, как правило, допускали все возможные методы адресации.

Многие компиляторы не задействовали все возможности таких наборов инструкций, а на сложные методы адресации уходит много времени из-за дополнительных обращений к медленной памяти. Такие функции лучше исполнять последовательностью более простых инструкций, если при этом процессор упрощается и в нём остаётся место для большего числа регистров, за счёт которых можно сократить количество обращений к памяти. В первых архитектурах, причисляемых к RISC, большинство инструкций для упрощения декодирования имеют одинаковую длину и похожую структуру, арифметические операции работают только с регистрами, а работа с памятью идёт через отдельные инструкции загрузки (load) и сохранения (store). Эти свойства и позволили лучше сбалансировать этапы конвейеризации, сделав конвейеры в RISC значительно более эффективными и позволив поднять тактовую частоту.

CISC — концепция проектирования процессоров, которая характеризуется следующим набором свойств:

— нефиксированное значение длины команды;

— арифметические действия кодируются в одной команде;

— небольшое число регистров, каждый из которых выполняет строго определённую функцию.

Представителями данной архитектуры являются процессоры на основе команд x86, исключая современные Intel Pentium 4, Pentium D, Core, AMD Athlon, Phenom, которые являются гибридными. Наиболее распространённая архитектура современных настольных, серверных и мобильных процессоров построена по архитектуре Intel x86. Все х86-процессоры являлись CISC-процессорами, однако новые процессоры, начиная с Intel Pentium Pro, являются CISC-процессорами с RISC ядром. Они непосредственно перед исполнением преобразуют CISC-инструкции процессоров x86 в более простой набор внутренних инструкций RISC.

В микропроцессор встраивается аппаратный транслятор, превращающий команды x86 в команды внутреннего RISC-процессора. При этом одна команда x86 может порождать несколько RISC-команд (в случае процессоров типа P6 — до четырёх RISC-команд в большинстве случаев). Исполнение команд происходит на суперскалярном конвейере одновременно по несколько штук.

Это потребовалось для увеличения скорости обработки CISC-команд, так как известно, что любой CISC-процессор уступает RISC-процессорам по количеству выполняемых операций в секунду. В итоге, такой подход и позволил поднять производительность CPU.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Циск и риск архитектура

Расширение набора команд, увеличение числа способов адресации, введение сложных команд сопровождаются увеличением длины кода команды, в первую очередь кода операции, что может приводить к использованию “расширяющегося кода операции”, увеличению числа форматов команд. Это вызывает усложнение и замедления процесса дешифрации кода операции и других процедур обработки команд. Возрастающая сложность процедур обработки команд заставляет прибегать к микропрограммному управлению устройствами с управляющей памятью вместо более быстродействующего устройства управления с “жесткой” логикой.

Сложный процессор с микропрограммным управлении трудно реализовать на одном кристалле, а это ведет к увеличению длинны межмодульных связей, таким образом устроены большинство процессоров с полным набором команд.

Напротив, при сокращении количества команд до некоторого оптимального значения, можно сократить длину команд и упростить управляющее устройство МП. Поэтому при проектировании структуры МП выделилось два направления в отношении набора системы команд:

· CISC (Complicated Instruction Set Computer — использующий полный набор команд ). Традиционная архитектура с широкой системой команд МП.

· RISC (Reduced Instruction Set Computer). Архитектура с сокращенным набором команд.

При использовании RISC архитектуры выбор набора команд и структуры процессора направлены на то, чтобы команды набора выполнялись за один машинный цикл МП. Выполнение более сложных, но редко встречающихся операций обеспечивают подпрограммы, состоящие из набора простых команд.

Читать еще:  Архитектура открытых систем

Анализ использования различными задачами ресурсов МП показывает, что в основном МП обрабатывает одни и те же инструкции из небольшого подмножества полной системы команд.

В первую очередь это команды чтения/записи и команды переходов. Поэтому для ускорения работы МП необходимо оптимизировать в первую очередь эти команды.

В ЭВМ с RISC-архитектурой машинным циклом называется время, в течение которого производится выборка двух операндов из регистров, выполнение операции в ALU и запоминание результата в регистре. Большинство команд в RISC-процессорах являются быстрыми командами типа регистр-регистр и выполняются без обращения к ОП. Обращение к памяти производится лишь в командах загрузки регистров из памяти и запоминание их в ОП.

Поскольку одной из главных задач данных МП является уменьшение количества обращений к ОП, то характерная особенность RISC-процессоров — большое количество регистров.

Вследствие сокращенного набора команд (примерно 50-100), небольшого числа способов адресации (2-3 и в основном регистровая) упрощается управляющее устройство МП, которое в этом случае обходится без микропрограммного управления и его устройство управления может быть выполнено на “жесткой” логике. Упрощение структуры МП приводит к появлению свободного места на кристалле для реализации дополнительных схем.

Характерные особенности RISC -процессоров:

1. Одинаковая длина команд (упрощает выборку инструкций из памяти);

2. Использование большого количество регистров, соответственного типа архитектуры (регистровая, ортоганальнорегистровая) — снижает использование ОП;

3. 2-3 способа адресации, в основном регистровая.

4. Устройство управления на жесткой логике.

5. Сокращенный набор команд — 50-100 команд (позволяет обойтись без схемы микропрограммного управления);

6. Простые способы адресации памяти (обеспечивает отсутствие сложных вычислений адреса);

7. Отсутствие совмещенной операции чтения/записи с обработкой данных;

8. Необходимость соответствующей компиляции программ для повышения эффективности;

9. Несовместимость с набором команд CISC МП (непереносимость exe. – файлов).

Например, POWER PC в настоящее время вынужден работать с программами, написанными для CISC – МП. Процессор самостоятельно транслирует сложные команды в ряд простых, что снижает его эффективность.

В настоящее время CISC и RISC сливаются, т.к. большинство CISC МП основаны на ядре RISC.

— высокая тактовая частота;

— высокая скорость выполнения команд;

— уменьшение площади кристалла:

МП POWER PC — 121 мм 2 ,

Pentium — 292 мм 2 .

— уменьшение мощности потребления:

МП POWER PC — 8,5 Вт,

— необходимость моделирования сложных команд;

Презентация по информатике «Сравнение CISC и RISC архитектур процессора»

Как организовать дистанционное обучение во время карантина?

Помогает проект «Инфоурок»

Описание презентации по отдельным слайдам:

Сравнение CISC и RISC архитектур процессоров

CISC Это объяснялось, в частности, двумя моментами – во-первых, требованиями экономить память для размещения программ, оставлять больше памяти под данные и т.д., а во-вторых – возможностью реализовать внутри кристалла процессора сложные инструкции быстрее, чем при их программной реализации. В результате появились процессоры с большими наборами команд, причем команды эти также зачастую являлись достаточно сложными. В последствии эти МП назвали CISC.

Что такое RISC? RISC (Reduced Instruction Set Computer) – архитектура процессора с сокращённым набором инструкций. Начало исследований в данной области положено компанией IBM в 1975 году. Правда фактически, RISC подобная архитектура была создана Сеймуром Крэйем в 1964 году и опробована в суперкомпьютере CDC 6600.

CISC CISC ( Complex instruction set computing, или . complex instruction set computer — компьютер с полным набором команд) — концепция проектирования процессоров, которая характеризуется следующим набором свойств: нефиксированное значение длины команды; арифметические действия кодируются в одной команде; небольшое число регистров, каждый из которых выполняет строго определённую функцию.

Недостатки CISC Наряду с отмеченными преимуществами процессоры CISC обладали и рядом недостатков, в частности – команды оказывались сильно неравнозначными по времени выполнения (разное количество тактов), плохо конвейеризовывались, требовали сложного (и длительного) декодирования и выполнения. Для повышения производительности стали использовать жесткую логику управления, что отразилось на регулярности и сложности кристаллов (нерегулярные кристаллы менее технологичны при изготовлении). На кристалле оставалось мало места для РОН и КЭШ.

Читать еще:  Программный маршрутизатор на linux с веб интерфейсом

История CISC Типичными представителями являются большинство процессоров семейства x86. Например : Intel 8008, Intel 80286, Motorola 68k

RISC «Сокращённый набор команд» вовсе не означает, что процессор имеет малое количество инструкций. Это значит лишь то, что инструкции разделены на действия, результаты которых могут быть вычислены за определённый период времени (обычно один такт).

Особенности RISC 1. Любая операция должна выполняться за один такт, вне зависимости от ее типа. 2. Система команд должна содержать минимальное количество наиболее часто используемых простейших инструкций одинаковой длины. 3. Операции обработки данных реализуются только в формате «регистр-регистр» (операнды выбираются из оперативных регистров процессора, и результат операции записывается также в регистр; а обмен между оперативными регистрами и памятью выполняется только с помощью команд чтения/записи). 4. Состав системы команд должен быть «удобен» для компиляции операторов языков высокого уровня .

RISC Новая архитектура была создана для устранения недостатков CISC архитектуры, но не получила популярности в то время из-за унификации стандарта Intelx86 и всех программ выпущенных в то время под CISC процессоры (точнее нежелания их переписывать заново, ведь этот процесс — затратный).

RISC Вычислительным ядрам больше не нужно было обращаться к более медленной ОЗУ для занесения и считывания результатов. Эти цели теперь выполняют регистры общего назначения, а к оперативной памяти обращение идёт только в процессе чтения начальных данных и вывода результатов вычислений. Поддерживается маршрут «регистр-регистр».

RISC Основной проблемой по реализации RISC архитектуры являлась недостаточная поддержка со стороны софта и программного обеспечения. Но с появлением поддержки UNIX Linux подобных систем, эта проблема практически решилась.

RISC Самыми известными и успешными представителями архитектуры RISC являются ARM от разработчика ARM Holdings. Процессоры с данной архитектурой, применяемые в абсолютном большинстве мобильных устройств и даже серверных системах, благодаря очень низкому энергопотреблению и тепловыделению.

RISC На данный момент, RISC – архитектура является одной самых распространённых в мире, имея более 40% мирового рынка. Данный результат в основном благодаря ARM архитектуре и то, что в современных мобильных устройствах используются именно процессоры ARM (в абсолютном большинстве).

RISC CDC 6600 — прародитель идеи RISC процессоров на которых сейчас работает большинство электроники : от холодильников до iPhone.

Сравнение CISC и RISC Начиная с Intel 486DX все x86 процессоры имеют внутреннее ядро RISC, остался только преобразователь и дополнительные конвейеры, который на входе преобразует CISC инструкции в RISC, а на выходе обратно в CISC. Это необходимо из-за особенностей архитектуры х86, но иногда тормозит работу процессора и увеличивается количество транзисторов, площадь и тепловыделение в сравнении с полноценными RISC процессорами.

Сравнение CISC и RISC

Сравнение CISC и RISC Сегодня разница в производительности между RISC и CISC наиболее очевидна в вычислениях с плавающей точкой, где на микропроцессор падает большая математическая нагрузка. Высокая производительность RISC в вычислениях с плавающей точкой используется в финансово-торговых системах и сложных инженерных приложениях. Однако для большинства приложений высокой производительности вычислений с плавающей точкой не требуется.

Сравнение CISC и RISC В процессоры с х86 архитектурой встраивается аппаратный двусторонний “переводчик”, превращающий команды x86 в команды внутреннего RISC-процессора. Одна команда x86 может производить несколько RISC-команд. Исполнение команд происходит на суперскалярном конвейере по несколько штук и в несколько потоков одновременно.

Сравнение CISC и RISC

Сравнение CISC и RISC Такие эмуляции потребовались для увеличения скорости обработки CISC-команд, ведь практически любой CISC-процессор уступает RISC-процессору по количеству выполняемых операций в секунду, и по затрачиваемому энергопотреблению на одну и ту же операцию.

Читать еще:  Понятие архитектуры информационной системы

Бесплатный
Дистанционный конкурс «Стоп коронавирус»

  • Петроченко Наталья АнатольевнаНаписать 805 18.09.2018

Номер материала: ДБ-094236

Добавляйте авторские материалы и получите призы от Инфоурок

Еженедельный призовой фонд 100 000 Р

    18.09.2018 502
    18.09.2018 632
    13.06.2018 386
    06.06.2018 336
    06.06.2018 170
    30.05.2018 219
    16.05.2018 327
    16.05.2018 190

Не нашли то что искали?

Вам будут интересны эти курсы:

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение редакции может не совпадать с точкой зрения авторов.

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако редакция сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

CISC- и RISC-процессоры

По системе команд и архитектуре различают 2 вида процессоров (компьютеров):

1) с полным набором инструкций — CISC (Complete Instruction Set Computer);

2) с сокращенной системой команд — RISC (Reduced Instruction Set).

Такие процессоры обычно имеют набор однородных регистров универсального назначения, и их система команд отличается относительной простотой.

Стратегия CISC-архитектуры формировалась в большой степени по желанию программистов иметь в своем распоряжении как можно больший набор команд для упрощения программирования. За первое десятилетие компьютерной эры список команд ЭВМ расширился от нескольких десятков до нескольких сотен.

Для CISC-процессоров характерны следующие признаки:

1) небольшое число регистров общего назначения;

2) большое количество машинных команд;

3) наличие сложных (многотактных) команд, функционально аналогичных операторам языков программирования высокого уровня;

4) большое количество способов адресации,

5) большое количество форматов команд различной разрядности;

6) преобладание двухадресного формата команд;

7) наличие команд обработки типа регистр-память.

Использование CISC-архитектуры упрощает компиляцию программ и уменьшает размеры исполняемых модулей. Но в архитектуре CISC плохо реализуются новейшие технические решения по повышению быстродействия процессоров. Это использование конвейерной, суперконвейерной и суперскалярной обработки, позволяющей в один и тот же момент времени выдавать на выполнение несколько команд.

Стратегия RISC архитектуры формировалась исходя из требований достижения максимальной производительности компьютера. По этой причине главными требованиями архитектуры RISC являлись следующие:

1) любая операция должна выполняться за один такт;

2) система команд должна содержать минимальное количество наиболее часто используемых команд (несколько десятков) одинаковой длины;

3) операции обработки данных реализуются только в формате регистр-регистр. Обмен между регистрами и памятью выполняется только командами загрузки и записи.

В дальнейшем эти требования были несколько смягчены. Выполнение команды за один такт стало трактоваться как загрузка конвейера команд в темпе «команда за такт». Набор команд современных RISC-процессоров возрос и содержит до 150 команд и более.

Незыблемым для архитектуры RISC остается только требование: обработка данных ведется только командами в формате регистр-регистр.

Для архитектуры характерны следующие признаки:

1) наличие внутри процессора достаточно большого файла регистров общего назначения (32 и более регистров);

2) использование для обработки информации трехадресных регистровых команд;

3) команды регистр-память применяются только для загрузки внутренних регистров из памяти и сохранения содержимого регистров общего назначения в памяти,

Использование в программе только простых команд в формате регистр-регистр позволяет увеличить скорость выполнения большинства вычислительных задач в 2-3 раза. В процессе научных исследований было установлено, что в 80% кода программ содержится около 20% простейших команд, а удаление из системы команд сложных операций позволяет уменьшить объём аппаратуры процессора примерно в 10 раз без ощутимого снижения быстродействия. Поэтому в основе современных высокопроизводительных ЭВМ заложена архитектура RISC.

Дата добавления: 2016-02-09 ; просмотров: 4073 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector