Материал: А. Д. Чередов, А. Н. Мальчуков

сложными и не могут быть выполнены за один такт процессора, осо- бенно при высоких тактовых частотах. Поэтому каждая из четырех ста- дий обработки команд (выборка, декодирование, выполнение и запись) может состоять из нескольких ступеней конвейера. Собственно, длина конвейера – это одна из наиболее значимых характеристик любого про- цессора. Чем больше длина конвейера, тем большую частоту можно ис- пользовать в процессоре.
ВК _ДК ОП ЗР

Для обеспечения непрерывности вычислительного процесса в структуре ЦП используется блок прогнозирования переходов и устройство выполнения переходов.

2. 1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   76

Cуперскалярная обработка

Смысл термина «суперскалярная обработка» заключается в том, что в аппаратуру процессора закладываются средства, позволяющие од- новременно выполнять две или более скалярные операции, т.е. команды обработки пары чисел. Суперскалярная архитектура базируется на мно- гофункциональном параллелизме и позволяет увеличить производи- тельность компьютера пропорционально числу одновременно выполня- емых операций.

Реализация суперскалярной обработки заключается в чисто аппа- ратном механизме выборки из буфера инструкций (или кэша инструк- ций) несвязанных команд и параллельном запуске их на исполнение.

Суперскалярная аппаратура динамически строит план вычислений на основе последовательного кода программы. Хотя такой подход и увеличивает сложность физической реализации, скалярный процессор создает план, используя преимущества тех факторов, которые могут быть определены только во время выполнения.

Этот метод хорош тем, что он «прозрачен» для программиста, со- ставление программ для подобных процессоров не требует никаких специальных усилий, ответственность за параллельное выполнение опе- раций возлагается в основном на аппаратные средства.

Суперскалярная обработка широко используется в современных процессорах корпораций Intel, Advanced Micro Devices (AMD), International Business Machines (IBM), Sun Microsystems/Oracle и др.

3. Архитектура SISD

Архитектура SISD породила целый ряд архитектур: CISC, RISC, VLIW и EPIC-концепцию (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Классификация архитектуры SISD

CISC-архитектура

Компьютеры с CISC (Complex Instruction Set Computer)- архитектурой имеют комплексную (полную) систему команд, под управлением которой выполняются всевозможные операции типа «па- мять – память», «память – регистр», «регистр – память», «регистр – ре- гистр».

CISC-архитектура появилась еще на заре вычислительной техники. Лидером в разработке микропроцессоров с полным набором команд считается компания Intel со своей серией процессоров х86, Pentium, Intel Core и др. Эта архитектура, получившая название х86, является практи- чески стандартом на рынке микропроцессоров.

Данная архитектура характеризуется:

• 
  большим числом команд (более 200);
  
• 
  переменной длиной команд (от 1 до 13 байт);
  
• 
  значительным числом способов адресации и форматов команд;
  
• 
  наличием сложных команд и многотактностью их выполнения;
  
• 
  наличием микропрограммного управления для сложных команд.
  

На мировых рынках полная система команд х86 представлена в процессорах фирм Intel, AMD, VIA Technologies и др.

RISC-архитектура

Компьютеры с RISC (Reduced Instruction Set Computer)-архи- тектурой содержат набор простых, часто употребляемых в программах команд. Основными являются операции типа «регистр – регистр».

Понятие RISC в современном его понимании оформилось на базе трех исследовательских проектов компьютеров: процессора 801 компа- нии IBM, процессора RISC университета Беркли и процессора MIPS Стенфордского университета. Простота архитектуры и ее эффектив-

ность, подтвержденная этими проектами, вызвали большой интерес в компьютерной индустрии, и с 1986 г. началась активная промышлен- ная реализация архитектуры RISC. Отличительные черты данной архи- тектуры:

• 
  сокращенное число команд;
  
• 
  большинство команд выполняется за один машинный такт;
  
• 
  постоянная длина команд;
  
• 
  небольшое количество способов адресации и форматов команд;
  
• 
  для простых команд нет необходимости в использовании микро- программного управления;
  
• 
  большое число регистров внутренней памяти процессора.
  

Исходя из перечисленных характеристик, компьютеры с RISC- архитектурой «обязаны» иметь преимущество в производительности по сравнению с CISC-компьютерами.

В настоящее время основными разрабочиками RISC-процессоров являются корпорации Sun/Oracle (Ultra Sparc T1, T2), IBM (POWER 6, 6+, 7, 8, Cell). Эти процессоры используются в высокопроизводитель- ных компьютерах (рабочих станциях, серверах, суперкомпьютерах).

Для мобильных устройств (карманных ПК, смартфонов, коммуни- каторов) наибольшее распространение получили RISC-процессоры се- мейства ARM (корпорация ARM Ltd, Великобритания).

Уступая во многом RISC, процессоры с системой команд х86 со- хранили лидерство на рынке персональных систем за счет постоянной