Kompyuter injiniring

2. Tarmoq buyruq tizimi arxitekturasi
Yuqorida ta'kidlab o'tilganidek, yo'riqnomalar to'plamining arxitekturasi dasturiy ta'minot va dasturiy ta'minot o'rtasidagi chegara bo'lib xizmat qiladi va dasturchi yoki tuzuvchi dasturida ko'rinadigan tizimning qismini anglatadi.
Kompyuter industriyasining hozirgi rivojlanish bosqichida foydalanadigan ikkita asosiy buyruqlar majmuasi bu CISC va RISC arxitekturalari. CISC arxitekturasining asoschisi sifatida o'zining asosiy arxitekturasi / 360 bo'lgan IBM kompaniyasi, deb hisoblash mumkin, uning yadrosi 1964 yildan beri ishlatilib kelinmoqda, masalan, IBM ES / 9000 kabi zamonaviy magistrallarda.
To'liq ko'rsatmalar to'plamiga ega (CISC - Complete Instruction Set Computer) mikroprotsessorlar ishlab chiqarish bo'yicha etakchi hisoblanadi, uning x86 seriyali va Pentium bilan Intel. Ushbu arxitektura mikrokompyuterlar bozori uchun amaliy standartdir. CISC protsessorlari quyidagilar bilan tavsiflanadi: umumiy maqsadlarga mo'ljallangan registrlarning nisbatan kamligi; juda ko'p sonli mashina yo'riqnomalari, ularning ba'zilari yuqori darajadagi dasturlash tillari operatorlariga o'xshash semantik ravishda yuklanadi va ko'plab tsikllarda bajariladi; murojaat qilish usullarining ko'pligi; turli uzunlikdagi buyruq formatlarining ko'pligi; ikki manzilli buyruq formatining ustunligi; registr-xotira kabi ishlov berish ko'rsatmalarining mavjudligi.
Zamonaviy ish stantsiyalari va serverlari arxitekturasining asosi bu qisqartirilgan buyruqlar to'plamiga ega kompyuter arxitekturasi (RISC - Reduced Instruction Set Computer). Ushbu arxitekturaning boshlanishlari CDC6600 kompyuterlariga asoslangan bo'lib, ularni ishlab chiquvchilar (Thornton, Cray va boshqalar) tezkor hisoblash mashinalarini qurish uchun buyruqlar to'plamini soddalashtirish
muhimligini tushunishgan. S. Kray arxitekturani soddalashtirishning ushbu an'anasini mashhur superkompyuterlarning Cray Research seriyasini yaratishda muvaffaqiyatli qo'lladi. Ammo zamonaviy ma'noda RISC kontseptsiyasi nihoyat uchta kompyuter tadqiqot loyihalari asosida shakllantirildi: IBM kompaniyasidan 801 protsessor, Berkli universitetidan RISC protsessor va Stenford universitetidan MIPS protsessor.
IBM pilot loyihasini ishlab chiqish 70-yillarning oxirida boshlandi, ammo uning natijalari hech qachon nashr etilmadi va unga asoslangan kompyuter sanoat miqyosida ishlab chiqarilmadi. 1980 yilda D. Patterson va uning Berkli hamkasblari o'z loyihalarini boshladilar va RISC -I va RISC -II deb nomlangan ikkita mashinani ishlab chiqardilar. Ushbu mashinalarning asosiy g'oyalari sekin xotirani tezkor registrlardan ajratish va registr oynalaridan foydalanish edi.
1981 yilda J. Xennessi va uning hamkasblari Stenford MIPS mashinasining tavsifini nashr etdilar, uning rivojlanishining asosiy yo'nalishi kompilyator tomonidan yuklashni puxta rejalashtirish orqali quvurlarni qayta ishlashni samarali amalga oshirish edi.
Ushbu uchta mashinaning umumiy jihatlari juda ko'p edi. Ularning barchasi ishlov berish ko'rsatmalarini xotira ko'rsatmalaridan ajratib turadigan arxitekturaga rioya qilishdi va samarali ravishda quvurlarni yotqizishni ta'kidladilar. Buyruqlar tizimi shunday tuzilganki, har qanday buyruq bajarilishi oz sonli mashina tsiklini (afzal bitta bitta mashina tsiklini) oladi. Hosildorlikni oshirish uchun buyruqlarni bajarish mantig'i dasturiy ta'minotni amalga oshirishga emas, balki apparat vositalariga yo'naltirilgan edi. Dekodlashtirish ko'rsatmalarining mantig'ini soddalashtirish uchun sobit va qat'iy formatli ko'rsatmalar ishlatilgan.
RISC arxitekturasining boshqa xususiyatlari orasida shuni ta'kidlash kerakki, etarlicha katta registr fayllari mavjud (32 yoki undan ko'p registrlar odatdagi RISC protsessorlarida CISC arxitekturalarida 8 dan 16 tagacha registrlarga nisbatan amalga oshiriladi), bu protsessor chipida registrlarda ko'proq ma'lumotlarni saqlashga imkon beradi. vaqtni o'zgartiradi va o'zgaruvchiga registrlarni ajratish uchun kompilyatorning ishini soddalashtiradi. Qayta ishlash uchun, qoida tariqasida, uch manzilli buyruqlardan foydalaniladi, ular shifrlash jarayonini soddalashtirish bilan bir qatorda, registrlarga ko'pgina o'zgaruvchilarni keyinchalik qayta yuklamasdan saqlash imkonini beradi.
RISC arxitekturasining rivojlanishi ko'p jihatdan optimallashtiruvchi kompilyatorlarni yaratishda erishilgan yutuqlar bilan belgilanadi. Bu sizga zamonaviyroq ro'yxatga olish faylining afzalliklaridan samarali foydalanish, buyruqni bajarish tezligi va buyruqlarni bajarish tezligini oshirishga imkon beradigan zamonaviy kompilyatsiya texnikasi. Zamonaviy kompilyatorlar, shuningdek, RISC protsessorlarida tez-tez ishlatiladigan ishlashni yaxshilash uchun optimallashtirishning yana bir usulidan foydalanadilar: bir vaqtning o'zida bir nechta buyruqlarni chiqarishga imkon beradigan kechiktirilgan o'tishlarni va supersalar ishlashini amalga oshirish.
Ta'kidlash joizki, so'nggi Intel mahsulotlarida (Pentium P54C va keyingi avlod P6 protsessorlari), shuningdek uning raqobatchilari (AMD R5, Cyrix M1, NexGen Nx586 va boshqalar) RISC mikroprotsessorlarida amalga oshirilgan g'oyalar keng qo'llaniladi. shuning uchun CISC va RISC o'rtasidagi ko'plab farqlar yo'q qilinadi. Biroq, x86 arxitekturasi va buyruq tizimining murakkabligi saqlanib qolmoqda va unga asoslangan protsessorlarning ishlashini cheklovchi asosiy omil hisoblanadi.