RISCж ә не CISC архитектурасы П ә н: ЭЕМ-ді ұ йымдастыру Д ә ріс та қ рыбы: О қ ытушы: Валиева Д.Г.

Дәрісте қарастырылатын сұрақтар 1. Архитектура ұғымы 2. CISC және RISC архитектура лары 3. CISC процессорының сипаттамасы 4. Командалар жүйесі 5. Адрестеудің мүмкін режимдері 6.Процессорлардың функционалды мүмкіндіктерінің топтастырылуы

Негізгі әдебиеттер 1. Колесниченко О.В., Шишигин И.В. Аппаратные средства РС. – 5-е изд., перераб. и доп. – СПб.: БХВ-Петербург, – 1152 с.: ил. 2. Айден К., Фибельман Х., Крамер М. Аппаратные средства PC. СПб.:BHV – С-Петербург, Вебер Р. Конфигурирование ПК на процессорах Pentium, MMX, AMD. – М.: Мир, Борзенко А.Е. IBM PC: устройство, ремонт, модернизация. – М.:ТОО фирма Компьютер Пресс, Вильховченко С. Современный компьютер: устройство, выбор, модернизация. – СПб.: Изд-во Питер, Чепурной В. Устройства хранения информации. – СПб.:BHV – С- Петербург, Гук М., Юров В. Процессоры Pentium III, Athlon и другие. – СПб.: Изд-во Питер, Смирнов А.Д. Архитектура вычислительных систем. -М.: Наука, с.

Архитектура – аппараттық құрылғы және берілген құрылғының бағдарламалық қамтамасыз етуі. жүйе архитектурасы термині осы сөздің тар және кең мағынасында қолданылады. Тар мағынада архитектура деп командалар жүйесінің архитектурасы түсініледі. Командалар жиының архитектурасы аппаратура мен бағдарламалық қамтамасыз ету аралығындағы шекараға қызмет етеді. Және бағдарламашыға көрінетін жүйенің бөлігін көрсетеді. Кең мағынада архитектура – ол жүйенің ұйымдастырылуы түсінігін білдіреді, оған компьютердің жажды жүйесі, жүйелік шина құрылымы, енгізу/шығарудың ұйымдастырылуы және т.б. жоғары деңгейлі құру аспектілері де жатады. Есептеуіш техниканың қазіргі даму деңгейінде компьютер өрісінде қолданылатын командалар жиынының екі негізгі архитектурасы CISC және RISC болып табылады.

RISC (Reduced (Restricted) Instruction Set Computer) – командалардың азайтылған жиыны, оны қарапайым командалары ғана бар компьютердің микропроцессоры қолданылады. Бұл процессор лорда көбінесе әмбебаб белгіленген бірдей регистрлердің жиыны болады. Олардың саны көп болуы мүмкін. Командалар жүйесі қатыстық қарапайымдылықпен ерекшеленеді; инструкциялар коды фиксерленген ұзындықтағы айқын құрылымды жүзеге асыруы аз шығындала отрыв, синхронизация тактісінің аз санин қолданып осы инструкцияларды регистрлердің үйлесімділігі де береді. CISC (Complete Instruction Set Computer)– микропроцессордың толық командалар жиыны. Олардың регистрлерінің құрамы мен белгіленуі бірдей емс, командалардың кең жиыны инструкцияларды декодтауды қиындатады, оған аппараттық ресурстар шығындаллоды. Инструкциялардың орындалуына қажет тактілер саны өседі. Инструкциялардың толық жиыны бар процессор лары на Х86 жанұясын жатқызуға болады. CISC процессор лары н құрастыруда Х86 және Pentium серияларымен Intel компаниясы лидер деп сана лады.

Бұл архитектура микрокомпьютерлер нарығында тәжірибелі стандарт болып табылады. CISC процессорының сипаттамасы: жалпы белгіленген регистрлердің салыстырмалы аздаған саны; машиналық командалардың көптеген көлемі, олардың кейбіреуі жоғары деңгейлі бағдарламалау тілінің семантикалық аналог ты операторы мен жүктелген және көптеген такт бойында орындаллоды; адрес тему тәсілдерінің көптеген көлемі; әр түрлі разрядты командалар форматының көптеген көлемі; командалар форматының екі адрестілігінің болуы; регистр-жажды типті өңдеу командаларының бар болуы. Қазіргі жұмыс станцияларының және серверлердің архитектура ларының негізі RISC-архитектура болып табылады. RISC түсінігі үш зерттеу жобалары негізінде қалыптасты: IBM компаниясының 801 процессоры, Беркли университетінің RISC процессоры және Стенфорд университетінің MIPS процессоры. Бұл машиналардың басты идеясы жоғары жылдамдықты регистрлерден ақырын жаждыны бөлу және регистрлік терезелерді қолдану балды. Бұл үш процессордың көп ұқсастықтары көп балды. Олардың барлығы өңдеу командаларын жаждымен жұмыс жасайтын командалардан бөлетін архитектураға сүйенді және тиімді конвейерлік өңдеуге табандылық көрсетті. Командалар жүйесі кез келген команданың орындалуы машиналық тактінің аз көлемін алатындай етіп құрастырылды. Команданың орындалу логикасы өнімділікті жоғарылату мақсатында микробағдарламалық емс, аппараттық іске асыруға бағытталды. Командаларды декодтау логикасын жеңілдету үшін фиксирленген ұзындық пен фиксирленген формат командалары қолданылды.

Университет жобалары аяқталғанға дейін ( жж.) үлкен интегралды схемаларды дайындау технологиясында үлкен жетістіктер бар. Архитектураның қарапайымдылығы мен тиімділігі компьютерлік индустрияға үлкен қызығушылық тудырды, 1986 жылдан бастап RISC архитектура сын жүзеге асырудың активті өндірісі бастарды. Қазіргі уақытта бұл архитектура әлемдік компьютерлік нарықтың жұмыс станциялары мен серверлерде басты орынға ие. RISC архитектура сының дамуының қандай да бір деңгейі оптималдаушы компиляторларды құру облысымен анықталды. Компиляциялаудың қазіргі техникасы үлкен регистрлік файлдардың артықшылықтарын, конвейерлік ұйымдастыруды және командалардың орындалуының үлкен жылдамдығын тиімді қолдануға мүмкіндік береді. Қазіргі компиляторларды басқа оптималдаушы техниканың өнімділігін жоғарылату үшін де қолданады, көбінесе RISC процессоры нда қолданылатындарда: бір уақытта бірнеше командаларды орындауға берегу мүмкіндік беретін суперскалярлы өңдеу мен кідіртілген өтуді жүзеге асыру болып табылады.

Командалар жүйесі Командалар жүйесі – процессордың берілген типі. Бұл дербес компьютер архитектура сында термин жиі қолданылады. Жалпы белгіленген регистрлі машина лорда объектілерді адрес тему әдісін константаны, регистрді және жажды ұяшығын беретін команда басқарады. Жады ұяшығына сұраныс беру үшін процессор алдымен нақты немсе тиімді жажды адресін анықтауы керек, ол команда да берілген адрес тему әдісімен анықталлоды. 32 разрядты процессорлардың командалар жүйесі адрес темудің 11 режимін қарастырады. Бұлардың 2 жағдайында ғана операндлар жаждымен байланысты емс. Регистрдің бұл операндылары процессордың кез келген 8-, 16- немсе 32-битті регистрінен алынады. Қалған 9 режим жаждыға сұраныс жасайды. Жадыға сұраныс жасауды тиімді адрес келесі компоненттерді қолдану арқылы жүзеге асырылады: 1. Ығысу (Displacement немсе Disp) – командаға енгізілген 8-, 16-, 32-битті сан. 2. База (Base) – базарық регистрдегі бар мәлімет. Көбінесе кейбір массивтің басы на сілтеу үшін қолданылады. 3. Индекс (Index) – индекс регистріндегі бар мәлімет. Көбінесе массив элементін таңдау үшін қолданылады. 4. Масштаб (Scale) – код инструкциясында көрсетілген көбейткіш (1, 2, 4 немсе 8). Бұл элемент массив элементінің өлшемін көрсету үшін қолданылады, 32 битті адрес тему кезінде ғана мүмкін.

Тиімді адрес мина формула бойынша есептеледі. EA=Base+Index 4 Scale + Disp. Адрестеудің мүмкін режимдері төменде көрсетілген. Кесте-4. Адрестеудің мүмкін режимдері Режим Адрес Тура адрес темуEA=Disp Қосымша регистрлік адрес темуEA=Base Базалық адрес темуEA=Base+Disp Индекстік адрес темуEA=Index+Disp Масштабталған индекстік адрес темуEA=Scale Index+Disp Базалы-индекстік адрес темуEA=Base+Index Масштабталған базары-индекстік адрес тему EA=Base+Scale Index Ығыстырылған базары-индекстік адрес тему EA=Base+Index+Disp Ығыстырылған масштабталған базары- индекстік адрес тему EA=Base+Scale Index+Disp

Адрестердің қиын әдістерін қолдану бағдарламадағы команда санин азайтуға көмектеседі, бұл кезде аппаратураның қиындығы ұлғаяды. Кез келген командалар жүйесін құрудағы негізгі сұрақ-командаларды оптималды кодтау болып табылады. Ол регистрлер саны мен және адрес темуде қолданылатын әдістермен, сонымен қатар декодтау үшін қажет аппаратура қиындығымен анықталлоды. Сондықтан қазіргі RISC- архитектура лорда командаларды декодтауды тез жеңілдететін адрес темудің жеткілікті қарапайым әдістері қолданылады. Аса қиын және сирек кездесетін адрес тему әдістері бағдарлама кодының өлшемін үлкейтетін қосымша командалардың көмегімен жүзеге асырылады.

32 разрядты процессордың командаларында инструкцияның бір немсе екі байты коды болады, оның артынан операнд пен командалардың орындалу режимін анықтайтын бірнеше байт тізбектелуі мүмкін. Командалар 3 операндыға дейін қолдана аллоды (немсе біреуін де қолданбайды). Операндтар жаждыда, процессор регистрінде, сонымен қатар команданың өзінде де болуы мүмкін. 32 разрядты процессордағы сөздің разрядтылығы (word) үнсіздік бойынша 32 битті құрайды. Бұл барлық инструкцияларға, жолдық инструкцияны қоса алғанда, таратылған. Нақты режимде және 8086 процессорының виртуалды режимінде үнсіздік бойынша 16-битті адрес тему және 16-битті операнд-сөздер қолданылады. Қорғалған режимде адрес тему режимімен сөз разрядтылығы үнсіздік бойынша кодтық сегмент дескрипторы мен анықталлоды. Кез келген инструкцияның алдында адрес немсе сөздің разрядтылығын ауыстырып-қосу префиксі қолданылады.

Командалар жүйесінде бірнеше жүздеген инструкциялар бар, оларды әр түрлі белгілері бойынша топтастыруға болады. Ыңғайлы болу үшін мұнда барлық инструкциялар функционалды ортақтықтары бойынша топтастырылған. 1. Деректерді жіберу инструкциясы константа немсе айнымалыларды регистр мен жажды, сонымен қатар әр түрлі комбинация лорда енгізу/шығару порттары арасында жіберегу мүмкіндік береді, бірақ жаждыда бір операндыдан артық болмауы керек. Бұл топқа форматтарды құрастыру – кеңтараулар мен байттарды алмастыру инструкция лары да жатқызылады. Стектегі операциялар ағымдағы режим мен анықталатын разрядты сөздермен орындаллоды. 2. Екілік арифметика инструкциясы белгілі немсе белгісіз бүтін стандарты кодтайтын байт, сөз және екілік сөзді арифметикалық әрекеттердің барлығын орындайды. 3. Ондық арифметика инструкциясы алдынғы инструкцияға қосымша болып табылады.

4. Логикалық операциялар инструкциясы байт, сөз, екілік сөздердің бульдік алгебрасының барлық функцияларын орындайды. 5. Жылжу мен айналулар (циклдік жылжу) жаждыдағы регистр немсе операндыда орындаллоды. Солға және оңға жылжу кезінде босатылған биттер нөлдермен толтырылады. Оңға арифметикалық жылжу кезінде үлкен бит (белгі) өз мәнін сақтап қаллоды. Циклдік жылжу кезінде итерілетін биттер босаған позицияларға келіп түседі. 6. Бит пен байты өңдеу инструкциясы көрсетілген операндының мәнін орнатуға, тексеруге және орнатылған битті іздеуге мүмкіндік береді. Биттік операциялар 16 немсе 32 битті сөздермен орындаллоды. Тестілеу инструкциясы байт, сөз немсе екілік сөзбен орындалуы мүмкін. 7. Басқаруды жіберу шартты және шартсыз өту инструкция ларының, процедуралар мен үзулерді шақырудың көмегімен жүзеге асырылады. Шартсыз өту (JMP) сегментішілік (жақын немсе қысқа) және сегментаралық (ұзақ) болуы мүмкін. Өту адресі команданың өзінде көрсетілуі мүмкін, ал қосымша адрес тему кезінде ол регистр немсе жаждыда болады.

Қысқа өту (shord) басқаруды ағымдағы аралық байт болатын белгіленген адреске ғана бере аллоды, ал жақын (hear) – сегменттің шегі бойынша береді. Ұзақ (far) өту кезінде белгіленген адрес (өзіндік немсе жанама) көрсеткіштің жаңа мәнін және код сегментінің мәнін қосып аллоды, ол кезде жаждының кез келген нүктесіне енуге мүмүкіндік болады (рұқсат етілген қорғаныс шегінде) және ларда шартты өту қысқа (8 байты ығыстыру) ғана болады, 386+ процессор лары нда адрес тему режиміне байланысты 16 немсе 32 байты ығыстыру шегінде өту мүмкіндік берілген. Процедураны шақыру инструкциясында өзінен кейінгі инструкция адресін стекке сақтап, басқаруды берілген нүктеге береді. 8. Жолдық операциялар жаждыда операндылармен орындаллоды. Операциялар шартты немсе шартсыз қайталау префикстерімен де қолданылуы мүмкін. Қайталау префиксі бар енгізу/шығару жолдық инструкция лары процессордың толық жүктелу шарты кезінде порттармен алмасудың жоғарғы жылдамдығына жетуге мүмкіндік береді. 9. Жалаушалармен операция – жеке жалаушалардың мәнін өзгертуге, олардың мәнін стекке сақтауға және сақталған мәндерді қалпына келтіруге мүмкіндік береді.

10. Көрсеткіштерді жүктеу инструкциясы ұзақ көрсеткіштерді жаждыдан жалпы белгіленген регистрге және сәйкес сегменттік регистрге жүктеуге мүмкіндік береді. 11. Жүйелік инструкцияларға қорғауды басқару инструкция лары жатады, олар – дескрипторлар регистрлерін және тапсырма регистрін сақтау және жүктеу; привелигияларды тексеру және түзету; басқарушы, кідіртуші және моделді-спецификалы регистрлермен алмасу; кэштеуді, шинаны басып алуды және процессордың тоқтап қалуын басқару. Қолданбалы бағдарламалар үшін бұл инструкцияларды қолдану тән емс. Операнд типін анықтаудың 2 альтернативті әдісі бар. Біріншісінде операнд типі команда да операция кодымен берілуі мүмкін. Бұл операнд типін берудің көп қолданылатын әдісі. Екінші әдіс операнд типін тег көмегімен көрсетеді, онда ол деректермен бірге сақталлоды және деректерге қолданған операциялардың орындалуы кезінде аппаратурамен интерпретацияланады. Бұл әдіс қазіргі уақытта көп қолданылмайды және қазіргі процессорлардың барлығы бірінші әдісті қолданады.

Әдетте операнд типін оның өлшемі анықтайды (мысалы, бүтін, нақты немсе символ). Бірақ процессорлар көбінесе ұзындығы 8, 16, 32, 64 бит болатын бүтін сандармен жұмыс жасайды. Ереже бойынша бүтін сандар қосымша кодта көрсетіледі. Символдарды беру үшін IBM компаниясының машиналары EBCDIC кодыт қолданады, ал басқа өндірушілердің машиналарында ASCII коды қолданылады. Қазіргі уақытта процессорды өндірушілердің көпшілігі нақты стандарты көрсету үшін IEEE754 стандартын қолданады. Кейбір процессор лорда ондық стандарты екілік кодтау қоданылады, Олар топталған және топталмаған форматта беріледі. Топталған форматта 0-9 цифрларын кодтау үшін 4 разряд қоланылады және 2 ондық цифр әр байтқа топтастырылады. Топталмаған форматта байт әдетте ASCII символдық кодында көрсетілетін бір ондық цифрді береді. Сонымен қатар процессорлардың көбінде бит, байт, сөз және екілік сөздердің тізбегіне операциялар қолдану жүзеге асырылады.

Дәрісті пысықтау сұрақтары 1. Архитектура дегеніміз не? 2. CISC және RISC архитектура ларына сипаттама беріңіздер? 3. CISC процессорының сипаттамасы қандай? 4. Командалар жүйесі дегеніміз не? 5. Адрестеудің мүмкін режимдері? 6.Процессорлардың функционалды мүмкіндіктерінің неше топқа жіктеледі?