Архитектура RISC процессор

Опубликованно 13.12.2017 05:01

Архитектуры RISC — компьютер с сокращенным набором инструкций. Тип архитектуры микропроцессора, который использует небольшой оптимизированный набор инструкций, в отличие от типов predshestvuyuschih архитектур с расширенными алгоритмическом данных. Термин РИНЦ был придуман Дэвид Паттерсон проекта РИНЦ Беркли.

Определение

Компьютер с ограниченным набором команд-это устройство, чья архитектура набора команд (Иса) имеет набор атрибутов, что позволяет ему иметь более низкую циклов на инструкцию (CPI), чем более сложный набор команд компьютера (ЦИПУ). Общее понятие РИНЦ понятие компьютер, который содержит небольшой набор простых и общих алгоритмов, но не расширенный набор комплексных и специализированных последовательностей. Еще одним распространенным симптомом является архитектура RISC архитектуры загрузки/сохранения, где доступ к памяти осуществляется только с помощью определенных инструкций. История и развитие

Первые проекты RISC пришел из IBM, Стэнфордского и Калифорнийского университета Berkeley в 70-х и 80-х годов ХХ века. Компания IBM 801, пом Стэнфорд, Беркли и РИНЦ I и II были разработаны с аналогичной философией, которая стала известна как RISC. Некоторые конструктивные особенности были характерны для большинства RISC-процессорами:Время выполнения одного цикла: процессоры имеют ПКР — время выполнения одного цикла. Это связано с оптимизацией каждой команды на процессор.Конвейеризация: технический алгоритм, который позволяет одновременное выполнение частей или этапов, инструкции для более эффективной обработки инструкции.Большой список регистров: РИНЦ философии дизайна как правило, включает в себя увеличенное количество регистров, чтобы предотвратить чрезмерное количество взаимодействий с памятью.

Хотя количество компьютеров в 1960-х и 70-х годов предыдущих моделей RISC-процессор, современная концепция относится к 1980-м годам. В частности, два проекта в Стэнфордском и Калифорнийском университете масштабы этого понятия. Стэнфорд МИПС будет коммерчески удачной моделью, в то время как университет в Беркли, дал название всей концепции, коммерциализируются как СПАРК. Очередной успех этой эпохи были усилия компании IBM, которая в конечном итоге привела к архитектуре Power. Развитие этих районах в конце 1980-х и особенно начала 1990-х годов, процветали многие из этих проектов, представляющих серьезной силой на рынке рабочих станций Unix, а также встроенный процессор лазерных принтеров, маршрутизаторы и подобные продукты. Преимущества и недостатки RISC архитектур

Самый простой способ оценить преимущества и уязвимости архитектуры RISC состоит в том, чтобы сравнить ее с предыдущей архитектуры ЦИПУ. Главная цель архитектуры ЦИПУ, чтобы завершить задачу за меньшее число сборочных линий. Это достигается за счет создания оборудования ЦП, способный понять и выполнить ряд операций. Для данной конкретной задачи, процессор ЦИПУ изготовлены с конкретными инструкциями (мульт). При выполнении этой команды загружает два значения в разных регистрах, умножает операнды в исполнительный модуль, а затем сохраняет товара в соответствующий реестр. Таким образом, вся задача умножения двух чисел может быть завершена с одним инструкция: мульт 2: 3, 5: 2. С cisc и RISC архитектур — предварительное и последующее архитектурное решение.

Мульт называется "сложная инструкция". Команда работает непосредственно в банках памяти компьютера и не требует, чтобы программист четко назвать какие-либо функции загрузки или сохранения. Он очень похож на командный язык более высокого уровня. Например, если мы предположим, что а имеет значение 2:3, и б представляет ценность 5:2, эта команда идентична выражение С = А * Б.

Одним из главных преимуществ этой системы является то, что компилятор должен выполнить минимум, перевести разработка языка высокого уровня в сборку. Поскольку длина кода является относительно коротким, хранить инструкции требует очень мало оперативной памяти. Сравнительный анализ процессоров с cisc и RISC, акцент делается на выполнении сложных инструкций непосредственно в аппаратном обеспечении.Подход РИНЦ

RISC-процессорах использовать только основные инструкции, которые выполняются в одном цикле. Таким образом, описанные выше команды "мульт" можно разделить на три отдельных команды: нагрузка, которая перемещает данные из банка памяти в регистр прод находит произведение двух операндов, расположенных в регистры, и магазин, который перемещает данные из регистра в память банков. Для выполнения точной последовательности шагов, описанных в ЦИПУ подход, программист будет нужно код четыре линии сборки:

ЗАГРУЗИТЬ, 2:3.НАГРУЗКИ Б, 5:2.Прод а, Б.Магазин 2:3, А.

Изначально это может показаться гораздо менее эффективный способ, чтобы завершить операцию, потому что есть несколько строк кода и инструкций по хранению на уровне сборки требует больше оперативной памяти. Компилятор должен также выполнять больше работы, чтобы преобразовать разработке языка высокого уровня в форму код.

Сравниваем с cisc и RISC

Ниже представлена сравнении с cisc и RISC архитектур:

ЦИПУ:Акцент на оборудовании.Включает часы сложной инструкции.Небольшие размеры, высокая циклов в секунду.Транзисторы предназначены для хранения сложных инструкций.

РИНЦ:Акцент на программное обеспечение.Сокращенное инструкций, которые не требуют большого количества времени.Низкая циклов в секунду, большие размеры код.Тратит больше транзисторов на регистры памяти.

Стратегия РИНЦ сделать некоторые очень важные преимущества. Как у каждой команды требуется только один цикл, то вся программа будет работать примерно столько же времени, как команда мульт мульти-цилиндр. Эти "сокращенные инструкции" РИНЦ требуют меньше транзисторов аппаратных пространства, чем сложные инструкции, оставляя больше места для регистров общего назначения. Поскольку все инструкции выполняются в том же времени (например, один час), конвейеризацию можно.

Характеристики процесса

Разделение загрузка и инструкции хранилища фактически уменьшает объем работы, которую должен выполнить компьютер. После выполнения команд процессора мульт стиле ЦИПУ автоматически стирает регистров. Если один из операндов должен быть использован для другого вычисления, процессор должен загрузить данные из банка памяти в регистр. В РИНЦ, операнд останется в реестр, пока он загрузится в другое значение.

ЦИПУ подход направлен на то, чтобы свести к минимуму количество инструкций для каждой программы, жертвуя при этом количество циклов на инструкцию. РИНЦ, наоборот, сокращает количество циклов из-за инструкции для каждой программы.Сложность осуществления коммерческой

Несмотря на преимущества обработки на основе РИНЦ, прошли десятилетия, прежде чем риск чипов был коммерчески жизнеспособным. Это произошло во многом из-за отсутствия поддержки программного обеспечения.

Хотя линии питания Макинтош от Apple, которые используются чипы на основе архитектуры RISC и Windows НТ-совместимых RISC-процессор, Windows 3.1 и Windows 95 был разработан с cisc процессорами. Многие компании не хотят рисковать новой технологии РИНЦ. Без коммерческого интереса, разработчики процессоров не в изготовлении чипов RISC, в достаточно больших объемах, чтобы сделать их конкурентоспособной цене.

Еще одним серьезным препятствием является наличие процессора Intel. Несмотря на то, что их чипы ЦИПУ становятся все более громоздкими и сложными для разработки, корпорация Intel были ресурсы, чтобы разработать мощные процессоры. Хотя чип РИНЦ могли превзойти усилия Intel в определенных районах, различия не были достаточно большими, чтобы убедить покупателей изменить технологии.Общее преимущество РИНЦ

Сегодня корпорация Intel x86 это единственный чип, который сохраняет архитектуры ЦИПУ. Это связано прежде всего с развитием в других областях компьютерных технологий. Цена оперативной памяти резко упала. В 1977 году, 1Мб памяти DRAM стоить около 5000 долларов. К 1994 году таким же объемом памяти стоит всего 6 долларов США (с учетом инфляции). Технология компиляторов также стала более сложной, так что использование РИНЦ оперативной памяти и внимания программного обеспечения являются идеальным.Философия набор инструкций

Неправильное понимание определения риска является идея о том, что процедуры не исключены, что приводит к сокращению набора алгоритмов. В течение многих лет процедура РИНЦ увеличилось, и теперь многие из них имеют лучшие функции, чем процессор с cisc.

Термин "сокращенный набор процедур" означает описание того, что объем выполненных работ по каждому поручению снижается (не более одного цикла памяти) по сравнению с ЦИПУ сложные процедуры, которые требуют десятков тактов для выполнения одной команды. В RISC-архитектуры, как правило, существуют отдельные алгоритмы ввода-вывода и обработки данных.Формат обучения

Большинство RISC-процессоров имеют фиксированный длина команды (обычно 32 бита) и простой кодирования, что значительно упрощает выборку, декодирование и выдача логики. Один из недостатков 32-разрядные инструкции является снижение плотности кода, что является неблагоприятным фактором для встраиваемых вычислений на рабочих станциях и серверах. RISC-архитектура изначально были призваны служить. Чтобы решить эту проблему, несколько архитектур, такие как рукоятка, Мощность-Иса, МИПС архитектуре RISC-V и Богоявления Adipteva иметь необязательный короткая выдержка из инструкций или функция команды сжатия. SH5 также следует этой схеме, хотя и разработана в противоположном направлении, добавляя больше мультимедийных инструкций к оригинальной 16-битной кодировке.Использование оборудования

Для любого данного уровня общей производительности RISC-процессор чип, как правило, имеют гораздо меньше транзисторов, предназначенный для базовой логики, которая изначально позволила конструкторам увеличить размер регистров и внутренний параллелизм.

Другие особенности, которые обычно встречаются в RISC-процессоров:Средняя производительность процессора приближается к одной инструкции за цикл.Единый Формат обучения — использование одного слова с операции в том же положении для более простого декодирования.Все регистры общего назначения могут быть использованы в качестве источника/назначения во всех инструкциях, упрощение конструкции компилятора (регистров с плавающей точкой часто хранятся отдельно).Простые режимы с сложные решения, выполняемых последовательностей команд.Несколько типов данных в оборудовании (например, байтовую строку или BCD).

В конструкции RISC также представлена модель памяти Гарварда, где команды и данные концептуально разделены. Это означает, что изменение памяти, где хранится код не может повлиять на инструкций, выполняемых процессором (потому что процессор имеет раздельный кэш команд и данных), до тех пор, пока не будут выданы специальные синхронизации инструкцию. С другой стороны, это позволяет открыть тайники, которые часто повышает производительность.Особенности RISC-архитектуры

На начальном этапе развития компьютерной индустрии программирования проводилась в ассемблере или машинных кодах, которая призвала мощный и простой в использовании инструкцией. Поэтому разработчики процессора попытались разработать алгоритмы, способные выполнять столько работы. С появлением новых языков более высокого уровня архитекторы начали создавать специальные инструкции для немедленного осуществления отдельных центральных механизмов. Вторая общая цель-обеспечить все возможные режимы адресации для каждого алгоритма, известного как ортогональность, чтобы облегчить компилятору реализации.

Отношение того времени было то, что дизайн был более зрелым, чем дизайн компилятора, так что это тоже причина для реализации части функциональности аппаратного обеспечения или микрокода, а не только в ограниченности объема памяти компилятора (или его сгенерированный код). После появления РИНЦ, этот подход стал известен как сложные вычисления набора команд, или ЦИПУ.

Процессоры также имели относительно малое количество регистров, по нескольким причинам:Большое количество регистров подразумевает долгосрочное сохранение и восстановление содержимого в стеке машина и требует большого количество бит указатель команд, а значит менее плотный код.Регистры процессора являются более дорогостоящими, чем внешние ячейки памяти.Ограничения печатных плат или интегральных схем.

Практическое применение

Сейчас архитектура RISC процессор используется на большом количестве платформ, начиная от смартфонов и планшетов к некоторым из самых производительных суперкомпьютеров, таких как компьютер к (верхней части списка топ-500 в 2011 году).

К началу XXI века, самый низкопрофильный и мобильные системы построены на RISC-архитектурой. Примеры:Архитектура ARM доминирует на рынке маломощных и недорогих встраиваемых систем (200-1800 МГц в 2014 году). Он используется в большинстве систем Android, Яблоко iPhone и iPad, для Windows телефона (ранее Windows Mobile) и обод устройства (тема.ринц.архитектура), Nintendo игра мальчик заранее, ДС/3ДС и переключатель.Линия МИПС (в какой-то момент используются во многих компьютерах sgi ), а теперь - для PlayStation и PlayStation 2, Нинтендо 64 (ИПБ.ринц.архитектура), игровые приставки, игровые приставки PlayStation Portable и шлюзы для дома, такие как Linksys WRT54G .Компания Hitachi SuperH, используемых в Сега супер 32х, Сатурн и Дримкаст (viewtopic.в PHP.ринц.архитектуры), в настоящее время разработаны и продаются как в renesas SH4.Микроконтроллеры Atmel AVR и используется в различных линеек продукции, от портативных контроллеров Xbox для автомобилей BMW .РИНЦ-в (хорол.ринц.архитектура), пятый Беркли РИНЦ Иса, с открытым исходным кодом, 32-битное адресное пространство небольшое ядро целым набором команд, экспериментальный "сжатый" Иса для плотности кода и предназначен для стандартных и специальных расширений.Рабочие станции, серверы и суперкомпьютеры.МИПС (питание.по.смф.ринц.архитектура), кремния графика (в 2006 году перестали делать систем, основанных на MIPS).СПАРК, Oracle (ранее "Сан майкросистемз") и Fujitsu (phorum.ринц.архитектура).Архитектура архитектура IBM для питания, используются в большинстве суперкомпьютеров серверов IBM среднем уровне и терминальных станций.ПА-РИНЦ Хьюлетт-Паккард (р?рвв.ринц.архитектуры), также известный как HP-ПА (снятая с производства в конце 2008 года).Альфа используется в одноплатных компьютеров, рабочих станций, серверов и суперкомпьютеров от цифровой корпорации оборудования, Compaq и HP (снятая с производства в 2007 году).РИНЦ-V (питание.по.пхпбб.ринц.архитектура), пятый Беркли РИНЦ Иса, с открытым исходным кодом, с 64 или 128-битного адресного пространства и целого ядра, расширенный плавающей точкой, распыливания и векторной обработки, и предназначено для расширения с инструкцией к сетям, ввода-вывода, обработки информации. 64-битная конструкция ракеты суперскалярной доступен для скачивания.Сравнение с другими архитектурами

Некоторые процессоры были специально разработаны с очень небольшим набором инструкций, но эти структуры значительно отличаются от традиционных RISC-процессоров, так как они были даны другие данные, такие как минимальный набор инструкций (смешанная) или транспортными срабатывает архитектуры (ТТА).

RISC-архитектура традиционно имели мало успеха на рынке настольных и товарных серверов с x86-платформ остается доминирующей архитектурой процессора. Однако, это может измениться, как процессоры на основе архитектуры ARM разработаны для систем с высокой производительностью. Поставщиков, в том числе Cavium, AMD и Qualcomm уже выпустила серверные процессоры, основанные на архитектуре ARM. Рука также работал с Крей в 2017 году создать суперкомпьютер на основе архитектуры ARM. Ведущая компания в компьютерной индустрии Microsoft объявила, что в партнерстве с Qualcomm в 2017 году планируется поддержка ПК-версии Windows 10 на устройствах, работающих на Qualcomm львиный зев. Эти устройства будут поддерживать программное обеспечение Win32 на x86, используя эмулятор процессора x86.

Однако, в дополнение к рабочему столу Арена архитектурой ARM RISC-процессор широко используется в смартфонах, планшетах и многих встраиваемых устройствах. Интел Пентиум про (Р6) использует внутренний процессор RISC-ядра для своих процессоров.

В то время как начальное развитие архитектуры RISC процессор существенно отличается от ЦИПУ инновационных проектов, по 2000 самых высокопроизводительных процессоров в линейке RISC-процессор почти ничем не отличается от самых высокопроизводительных процессоров в линейке ЦИПУ.

Категория: обо всём