RISC-архитектура процессора

Опубликованно 12.12.2017 06:10

RISC-архитектура компьютера с набором инструкций уменьшено. Это типа микропроцессорная архитектура, которая использует небольшой оптимизированный набор инструкций, в отличие от предшестувующих типов архитектуры с расширенным набором алгоритмов данных. Термин RISC было придумано Дэвидом Паттерсоном проекта Berkeley RISC.

Определение

Компьютер с ограниченным набором команд-это устройство, чья архитектура набора команд (ISA) имеет набор атрибутов, который позволяет иметь более низкие циклов на инструкцию (CPI), что сложное оборудование, установленное на компьютере (CISC). Общая концепция RISC-это понятие компьютера, который содержит небольшой набор простых и распространенных алгоритмов, но не расширенный набор сложных и специализированных последовательности. Другой распространенный симптом RISC-архитектура загрузки/хранения, где доступ к памяти осуществляется только с помощью определенных инструкций. История и развитие

Первые проекты RISC пришли IBM, Стэнфордского университета и UC-Беркли в 70-х и 80-х ХХ века. IBM 801, Stanford MIPS и Berkeley RISC I и II были разработаны с той же философии, что стало известно как RISC. Некоторые особенности дизайна были характерны для большинства RISC-процессоров:Время выполнения цикла: процессоры имеют CPI — время выполнения инструкции цикла. Это связано с оптимизации для каждой команды ПРОЦЕССОРА.Канал: алгоритм, что позволяет одновременное выполнение частей или этапов инструкции для создания более эффективной обработки инструкций.Большой список журналов: философия дизайна RISC обычно включает в себя наибольшее количество записей для предотвращения чрезмерного количества взаимодействия с памятью.

Несмотря на ряд компьютеров в 1960-х и 70 были предыдущие модели RISC, современная концепция относится к 1980-х годов, лет. В частности, два проекта Стэнфордского университета и университета Калифорнии, масштабируют эту концептуальную идею. Stanford MIPS будет коммерчески успешной модели, в то время как университет Калифорнии в Беркли и дал название всей концепции маркетинга, как SPARC. Еще один хит этой эпохи были усилия IBM, что, в конечном счете, привело к Power Architecture. По мере развития этих областей в конце 1980-х годов, и особенно в начале 1990-х годов, процветали многие из этих проектов, которые являются основной силой на рынке рабочих станций Unix, а также процессоров, встроенных в лазерных принтеров, маршрутизаторы и подобные продукты. Плюсы и минусы архитектуры RISC

Самый простой способ изучить преимущества и уязвимости архитектуры RISC является по сравнению с предыдущей архитектурой CISC. Основная цель архитектуры CISC — выполнить задачу за наименьшее количество сборочных линий. Это достигается путем создания процессоров компьютеров, способных понять и выполнить ряд операций. Для этой конкретной задачи процессор CISC, произведенного в частности, в правилах (МУЛЬТ). Когда выполняется эта команда загружает два значения отдельных записей, умножает операнды в модуль, а затем сохраняет продукта в реестре. Таким образом, вся задача умножения двух чисел можно выполнить в одной инструкции: МУЛЬТ 2: 3, 5: 2. CISC и RISC архитектуры предыдущего и последующего архитектурное решение.

МУЛЬТ - это то, что называется "сложная Инструкция". Компьютер работает непосредственно в банки памяти компьютера и не требует, чтобы программист явно называл всех функций, загрузки или сохранения. Очень похож на команду, на языке более высокого уровня. Например, если мы принимаем, что a представляет собой значение, равное 2:3, и b является значение 5:2, эта команда идентична выражению C a r a C = a * b.

Одним из основных преимуществ этой системы является то, что компилятор должен выполнить минимум работы, чтобы переводить текст с языка высокого уровня в Генеральной Ассамблее. Поскольку длина кода является относительно коротким, для хранения инструкций требует очень мало оперативной памяти. При сравнительном анализе CISC и RISC архитектуры процессоров, особое внимание уделяется реализации сложных инструкций непосредственно на оборудовании.Подход RISC

Процессоры RISC используют только основные инструкции, которые выполняются за один такт. Таким образом, предыдущий параметр MULT может быть разделен на три команды: LOAD, который перемещает данные из банка памяти, в журнале PROD, в которой находится произведение двух операндов, расположенных внутри записей, и STORE, который движется регистрационных данных, в банки памяти. Чтобы ограничить набор действий, которые описаны на подходе к CISC, программист должен кодировать четыре линии сборки:

LOAD A, 2:3.LOAD B, 5:2.PROD A, B.STORE 2:3.

Изначально это может показаться вам гораздо менее эффективно, чтобы завершить операцию, потому что имеется больше строк кода для хранения инструкции уровня сборки требует больше оперативной памяти. Компилятор также должны сделать больше работы, чтобы преобразовать текст с языка высокого уровня в код этой формы.

По сравнению с CISC и RISC

Ниже приведены сравнительные данные CISC и RISC архитектуры:

CISC:Акцент на оборудовании.Включая моего дома до сложные инструкции.Малые размеры кода высокими циклов в секунду.Транзисторы, используемые для хранения сложных инструкций.

RISC:Акцент на программное обеспечение.Краткая Инструкция, которая не требует большого количества времени.Низкие циклов в секунду, большие размеры код.Тратит больше транзисторов в регистры памяти.

Стратегии RISC дает некоторые важные преимущества. Потому что каждый компьютер требует выполнения одного такта, все, программа будет выполняться приблизительно в такое же количество времени, что мою телеграмму компьютер МУЛЬТ. Эти "короткие инструкции RISC требуют меньше транзисторов оборудования, пространство, комплекс, Инструкция, оставляя больше места для регистра. Так, что все инструкции выполняются в единое время (например, компас), возможно конвейера.

Характеристика процесса

Разделение инструкций LOAD и STORE, действительно уменьшает объем работы, которую должен выполнить компьютер. После выполнения команды " МУЛЬТ в стиле процессора CISC автоматически удаляет записи. Если один из операндов должен использоваться для другой таблицы, процессор должен загрузить данные банка регистрационной памяти. RISC, операнд останется в реестре, пока не будет загружен другой значение.

Подход CISC пытается минимизировать количество инструкций для каждой программы, жертва количество циклов на инструкцию. RISC, наоборот, уменьшается число циклов через инструкции для каждой программы.Сложность осуществления торговли

Несмотря на преимущества обработки на основе RISC, прошли десятилетия, прежде чем чипы RISK были коммерческого спроса. В значительной степени это было связано с отсутствием поддержки программного обеспечения.

Хотя линейки Power Macintosh от Apple, в котором использовались чипы RISC-процессором и Windows NT, поддерживает RISC, Windows 3.1 и Windows 95 были разработаны с учетом процессоры CISC. Многие компании не хотели рисковать отображается технологии RISC. Без коммерческого интереса, разработчики процессоров не были в состоянии производить чипы RISC в количестве, достаточном, чтобы сделать их конкурентоспособной цене.

Еще одним препятствием было наличие Intel. Несмотря на то, что их микросхем CISC становится все более и более сложных и сложных в разработке, Intel было ресурсов для развития мощных процессоров. Хотя чипы RISC могут преодолеть усилия Intel в определенных районах, различия не были достаточно большими, чтобы убедить покупателей изменить технологии.Общее преимущество RISC

Сегодня Intel x86-это единственный чип, который сохраняет архитектуру CISC. Это в первую очередь связано с продвижением в другие области информатики. Стоимость оперативной памяти снизилась резко. В 1977 году, 1 МБ DRAM стоят около 5000 долларов. В 1994 году, такой же объем памяти, стоит всего 6 долларов (с учетом инфляции). Технология компилятора тоже стала более сложной, так что использование RISC ОЗУ и упор на программное обеспечение стали идеальными.Философия набор инструкций

Неверное понимание определения РИСКА является идея о том, что процедуры будут урегулированы, что приводит к сокращенному набору алгоритмов. На протяжении многих лет процедуры RISC увеличился, и в настоящее время, многие из них имеют более широкий набор функций, ПРОЦЕССОР CISC.

Термин "сокращенный набор процедур" означает описание того, что объем работы, который выполняется каждая Инструкция, уменьшается (не более одного цикла памяти), по сравнению с сложные процедуры, CISC, которые требуют десятки тактов для выполнения одной команды. RISC-архитектуры, как правило, имеет несколько алгоритмов ввода-вывода и работы с данными.Формат Инструкция

Большинство архитектур RISC, есть инструкции фиксированной длины (обычно 32-разрядные) и простое кодирование, что облегчает выбор, декодирования и выдачи логику. Одним из недостатков 32-разрядных инструкций является снижение плотности кода, что это недостатки встроенных вычислений на рабочих станциях и серверах. Архитектура RISC изначально были предназначены для обслуживания. Для решения этой проблемы, различных архитектур, таких как ARM, Power ISA, MIPS RISC-V и Adipteva Epiphany, имеют дополнительный короткий сокращенный формат инструкции или функции сжатия команд. SH5 также следует этой схеме, хотя и развивалась в обратном направлении, добавляя более длинные мультимедиа Инструкция исходного 16-разрядного кодирования.Использование оборудования,

Для любого заданного уровня производительности чип RISC, как правило, намного меньше, чем у транзисторов, предназначенных для логика, которая первоначально позволила разработчикам увеличить размер реестра и внутренний параллелизм.

Другие функции, которые обычно встречаются в архитектурах RISC:Средняя производительность процессора приближается к инструкции за цикл.Уникальный формат обучения — используется слово с кодом операции в такой же позиции, для облегчения декодирования.Все регистры общего назначения могут использоваться в качестве источника/назначения всех инструкций, разработки компилятора (регистры с плавающей запятой часто хранятся отдельно).Простые способы сложным", на выполнение сценариев.Данных различных типов оборудования (например, байт-строка или BCD).

В RISC-конструкций, а также представлена модель памяти Гарвардского университета, где команды и данные, концептуально разделены. Это означает, что изменения в памяти, в которой хранится код, не может повлиять на инструкции, которые выполняются процессором (ЦП имеет кэш инструкций и данных), пока не возникнет специальная Инструкция синхронизации. С другой стороны, позволяет получить доступ к дому, что часто повышает производительность.Особенности RISC-архитектуры

На начальном этапе развития компьютерной индустрии программирования проводилось на языке ассемблера или машинного кода, что позволяет использовать мощные и простые в использовании и инструкции. Таким образом, разработчики ЦП пытались разработать алгоритмы, способные выполнять больше работы. С появлением языков высокого уровня, архитекторы начали создавать специальные инструкции для непосредственного внедрения определенных центральных механизмов. Вторая цель состояла в том, чтобы обеспечить все возможные режимы адресации для каждого алгоритма, известного как гражданство, для облегчения реализации компилятора.

Отношение того времени заключалась в том, что дизайн оборудования был более зрелым, что дизайн компилятора, который сам по себе также является причиной реализации функциональности деталей в компьютере или посмотрела, и не только в ограниченное количество памяти компилятора (или сгенерированный код). После появления RISC этот подход известен как сложные вычисления набора команд, или CISC.

Процессоры также было сравнительно мало записей по нескольким причинам:Большое количество журналов подразумевает более длительное сохранение и восстановление содержимого стека машина и требует много-разрядные команды, как указатели, что означает, менее плотный код.Регистры ПРОЦЕССОРА являются более дорогими, чем внешние ячейки памяти.Ограничения печатных плат и интегральных схем.

Практическое применение

RISC-архитектура процессора, в настоящее время используются на различных платформах, от смартфонов и планшетов, до некоторых из разновидностей суперкомпьютеров, таких, как группа K (лидер списка top 500 в 2011 году).

В начале XXI века большинство низкопрофильных и мобильных систем будут основаны на архитектуре RISC. Примеры:Архитектура ARM доминирует на рынке - ниже, и низкая стоимость интегрированных систем (200-1800 МГц в 2014 году). Применяется в ряде большинства Android в системы от Apple, iPhone и iPad, Microsoft Windows Phone (бывший Windows Mobile), устройства RIM (topic.risc.архитектура), Nintendo Game Boy Advance, DS/3DS и Switch.Линия MIPS (в какой-то момент используется на многих компьютерах SGI ), и теперь в PlayStation, PlayStation 2, Nintendo 64 (ipb.risc.архитектуры), игровые приставки PlayStation Portable, шлюзов и для жилых помещений, таких как Linksys WRT54G .Hitachi SuperH, который используется в Sega Super 32X, Saturn и Dreamcast (viewtopic.php.risc.архитектуры), в настоящее время разработаны и проданы Renesas как SH4.Atmel AVR используется в разных продуктовых магазинах, правила: ноутбук драйвера от Xbox до автомобилей BMW .RISC-V (vbulletin.risc.архитектуры), пятый Berkeley RISC ISA с открытым исходным кодом, 32-разрядное адресное пространство небольшое ядро набор команд, экспериментальный "сжатую" ISA для плотности кода и предназначен для стандартных и специальных расширений.Рабочие станции, серверы и суперкомпьютеры.MIPS (powered.by.smf.risc.архитектуры), Silicon Graphics (в 2006 году прекратил создание систем, основанных на MIPS).SPARC, Oracle (ранее Sun Microsystems ) и Fujitsu (phorum.risc.архитектура).Архитектура IBM Power Architecture, применяется в большинстве суперкомпьютеров IBM, серверы среднего уровня, и конечной станций.PA-RISC компании Hewlett-Packard (phpbb.risc.архитектуры), также известный как HP-PA (закончена в конце 2008 года).Alpha, используется в банан компьютеры, рабочие станции, серверы и суперкомпьютеры в Digital Equipment Corporation, Compaq и HP (завершено в 2007 году).RISC-V (powered.by.phpbb.risc.архитектуры), пятый Berkeley RISC ISA, с открытым исходным кодом, 64-или 128-битного пространства и ядра Advanced с плавающей запятой, ты и векторной обработки, и предназначена для расширения инструкций для сетей ввода / вывода, обработки данных. 64-bit превзойдет дизайн Rocket доступен для скачивания.По сравнению с другими архитектурами

Некоторые процессоры были специально разработаны с очень небольшим набором инструкций, но эти конструкции существенно не отличаются от традиционных RISC-архитектуры, поэтому им были предоставлены другие данные, такие как минимальный набор команд (MISC) или транспорта, инициированная архитектуры (TTA).

Архитектура RISC традиционно имели мало успеха на рынке настольных ПК и серверов, где платформы x86 по-прежнему доминирующей в архитектуре процессора. Тем не менее, это может измениться, потому что процессоры, основанные на архитектуре ARM предназначены для систем с более высокой производительностью. Производители, в том числе Cavium, AMD, Qualcomm выпустила процессоры для серверов на базе архитектуры ARM. ARM сотрудничает с Cray в 2017 году, чтобы создать суперкомпьютер на основе архитектуры ARM. Компания-лидер в компьютерной индустрии Microsoft объявила, что в рамках партнерства с Qualcomm в 2017 году, ожидается поддержка ПК-версии Windows 10 для устройств на базе Qualcomm Snapdragon. Эти устройства будут поддерживать программное обеспечение Win32 x86, с помощью эмулятора процессора x86.

Однако, кроме стола, песка архитектуры ARM RISC широко используется в смарт-телефонов, таблетки и много способов прошивки устройства. Также Intel Pentium Pro (P6) использует внутреннее RISC-ядро процессора для процессоров.

В то время как начальные разработки RISC-архитектура процессора существенно различных инновационных проектов CISC, год 2000, более высокая производительность процессоров линии RISC почти не отличаются по производительности процессоры в Интернет-CISC.

Категория: Мобильная техника