Процессор. Архитектура процессора. CISC и RISC процессоры

 Точно так же, как когда-то CISC-процессоры проектировались под нужды asm-программистов, RISC проектировался в расчете на типовой код, генерируемый компиляторами. Для начала разработчики свели к минимуму набор инструкций и к абсолютному минимуму - количество режимов адресации памяти; упаковав все, что осталось, в простой и удобный для декодирования регулярный машинный код. В частности, в классическом варианте RISC из инструкций, обращающихся к оперативной памяти, оставлены только две, Load - загрузить данные в регистр и Store - сохранить данные из регистра; так называемая Load/Store-архитектура, и нет ни одной инструкции вроде вычисления синуса, косинуса или квадратного корня (их можно реализовать "вручную"), не говоря уже о более сложных. Например, инструкция INDEX, выполнявшаяся на VAX медленнее, чем вручную написанный цикл, выполняющий ровно тот же объем работы. В некоторых RISC-процессорах пытались отказаться даже от трудно реализуемого аппаратного умножения и деления. Правда, до таких крайностей ни один коммерческий RISC, к счастью, не дошел, но как минимум две попытки (ранние варианты MIPS и SPARC) предприняты были.

Второе важное усовершенствование RISC-процессоров, целиком вытекающее из Load/Store-архитектуры, - увеличение числа GPR (регистров общего назначения). Варианты, у которых меньше шестнадцати GPR, - большая редкость, причем почти все эти регистры полностью равноправны, что позволяет компилятору свободно распоряжаться ими, сохраняя большую часть промежуточных данных именно там, а не в стеке или оперативной памяти. В некоторых архитектурах, типа SPARC, "регистровость" возведена в абсолют, в некоторых - оставлена на разумном уровне; однако почти любой RISC-процессор обладает куда большим набором регистров, чем даже самый продвинутый CISC. Для сравнения: в классическом x86 IA-32 всего восемь регистров общего назначения, причем каждому из них приписано то или иное "специальное назначение" (скажем, в ESP хранится указатель на стек) затрудняющее или делающее невозможным его использование. Среди прочих усовершенствований, внесенных в RISC, - такие нетривиальные идеи, как условные инструкции ARM или режимы работы команд. Например, некий модификатор в архитектуре PowerPC и некоторых других показывает, должна ли инструкция выставлять по результатам своего выполнения определенные флаги, которые потом может использовать инструкция условного перехода, или не должна. Это позволяет разнести в пространстве инструкцию, выполняющую вычисление условия, и инструкцию собственно условного перехода - что в конвейерных архитектурах зачастую позволяет процессору не "гадать", будет совершен переход или нет, а сразу достоверно это знать. "В чистом виде" идею "легкого" RISC-процессора можно встретить у компании ARM с ее невероятно простыми и тем не менее весьма эффективными 32-разрядными CPU. Но простота далеко не главный показатель в процессоре, и как самоцель подход RISC в целом себя, наверное, не оправдал бы - резко уменьшившаяся сложность CPU и сопутствующее увеличение тактовой частоты и ускорение исполнения инструкций хорошо уравновешивались возросшими размерами программ и сильно упавшей их вычислительной плотностью (средним количеством вычислений на единицу длины машинного кода).

И так, мы можем сказать, что RISC-процессоры характеризуются следующими особенностями:

 

- удалены сложные и редко  используемые инструкции;

 

- все инструкции имеют одинаковую длину, что позволяет уменьшить сложность управления процессором и увеличить скорость обработки команд;

 

- отсутствуют инструкции, работающие  с памятью на прямую, все данные  загружаются только из памяти  в регистор и наоборот;

 

- отсутствуют операции работы со стеком;

 

- применение конвейра параллельных  вычислений;

 

- большинство операций производится  за один такт микропроцессора;

 

К классу RISC-процессоров относят такие монстры как Alpha, Sun, Ultra SPARC, MIPS, PowerPC и некоторые другие.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

Процессоры имеют очень долгую историю развития. Они прошли длинный путь преобразований от монстров огромного размера до микропроцессоров имеющих площадь несколько квадратных миллиметров. Изначально создавались дорогостоящие и узкоспециализированные процессоры, которые были способны выполнять только несколько команд. Они создавались в виде уникальных составных частей. Для уникальных и единственных в своем роде компьютерных систем. Затем перешли к серийному изготовлению типовых классов многоцелевых процессорных устройств. Так зародилась тенденция к стандартизации компьютерных составляющих. Важную информацию о процессоре может дать только архитектура процессора, именно в ней заложена информация по которой мы можем определить насколько он развит и мощен.

На пути развития электроники создавались процессоры разных видов и качеств. Одни из них использовались, а другие оказались сложными и по сути бесполезными. К ним можно отнести CISC- и RISC- процессоры. CISC-процессоры относятся к тому виду, которые оказались бесполезными. Практика показало, что эти процессоры сложны при управлении и тяжело поддаются к декодированию. К тому же оказалось, что программисты вовсе не нуждаются в их использовании, так эра CISC-процессоров завершилась и на смену к ним пришли RISC-процессоры. Которые отличались более легким, сокращенным набором команд. Так же они отличались упрощенностью инструкций, что позволяло выполнить операцию в более короткий промежуток времени. Так RISC-процессоры были предпочтены чем их предшественники и имели более долгую историю.

На сегодняшний день процессоры можно встретить где угодно: в автомобилях, телевизорах, игрушках и еще во многих современных изобретениях. Но в большинстве случаев сегодня они носят название микропроцессоры, благодаря их маленьким размерам, которые смогли достичь из-за развития научных технологий.