Анализ и оценка RISC - систем на базе различных архитектур

• 1 слайд

  МБОУ «Гимназия №7
  имени Героя России С.В.Василёва» г. Брянска
  
  «Анализ и оценка RISC - систем на базе различных архитектур»
  Работа на тему:
  

• 2 слайд

  Анализ и оценка RISC - систем на базе различных архитектур
  Теоретические основы RISC - систем на базе различных архитектур:
  а) общие сведенья о процессорах;
  б) архитектуры процессоров;
  в) процессоры типа CISC;
  г) процессоры типа RISC;
  д) процессоры типа MISC, ZISC, URISC (OISC), TTA;
  е) особенности процессоров с архитектурой PA-RISC;
  Основные выводы и оценки RISC систем на базе различных архитектур.
  Оглавление:
  

• 3 слайд

  Анализ и оценка RISC - систем на базе различных архитектур
  Центральный процессор (ЦП; также центральное процессорное устройство - ЦПУ; англ. central processing unit, CPU, дословно - центральное обрабатывающее устройство) - электронный блок либо интегральная схема (микропроцессор), исполняющая машинные инструкции (код программ), главная часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера. Электронный блок, реализованный на одной схеме называют микропроцессором.
  Общие сведенья о процессорах
  

• 4 слайд

  Анализ и оценка RISC - систем на базе различных архитектур
  Главными характеристиками ЦПУ являются: тактовая частота, производительность, энергопотребление, нормы литографического процесса, используемого при производстве (для микропроцессоров) и архитектура.
  
  
  
  
  
  
  
  
  Остановимся более подробно на архитектурах процессоров.
  Общие сведенья о процессорах
  …к оглавлению
  

• 5 слайд

  Анализ и оценка RISC - систем на базе различных архитектур
  Архитектура процессора - количественная составляющая компонентов микроархитектуры вычислительной машины (процессора компьютера), рассматриваемая IT-специалистами в аспекте прикладной деятельности.
  С точки зрения программиста архитектура - совместимость с определённым набором команд (например, процессоры, совместимые с командами Intel х86), их структуры (например, систем адресации или организации регистровой памяти) и способа исполнения (например, счетчик команд).
  
  Архитектуры процессоров
  

• 6 слайд

  Анализ и оценка RISC - систем на базе различных архитектур
  С точки зрения аппаратной составляющей вычислительной системы архитектура процессора - это некий набор свойств и качеств, присущий целому семейству процессоров (иначе говоря — «внутренняя конструкция», «организация» этих процессоров).
  
  Имеются различные классификации архитектур процессоров, как по организации (например, по количеству и скорости выполнения команд: RISC, CISC), так и по назначению (например, специализированные графические).
  Архитектуры процессоров
  

• 7 слайд

  Анализ и оценка RISC - систем на базе различных архитектур
  Остановимся подробнее на классификации архитектур процессоров по организации выполнения команд.
  Архитектуры процессоров
  Архитектуры процессоров
  CISC
  RISC
  MISC
  PA-RISC
  …к оглавлению
  

• 8 слайд

  Анализ и оценка RISC - систем на базе различных архитектур
  CISC (англ. Complex instruction set computing, или complex instruction set computer — компьютер с полным набором команд) — концепция проектирования процессоров, которая характеризуется следующим набором свойств:
  1) нефиксированное значение длины команды;
  2) арифметические действия кодируются в одной команде;
  3) небольшое число регистров, каждый из которых выполняет строго определённую функцию.
  
  Недостатки CISC архитектуры:
  1) высокая стоимость аппаратной части;
  2) сложности с распараллеливанием вычислений.
  
  Процессоры типа CISC
  

• 9 слайд

  Анализ и оценка RISC - систем на базе различных архитектур
  Примерами CISC-процессоров являются процессоры на основе команд x86 (исключая современные Intel Pentium 4, Pentium D, Core, AMD Athlon, которые являются гибридными) и процессоры Motorola MC680x0.
  Наиболее распространённая архитектура современных настольных, серверных и мобильных процессоров построена по архитектуре Intel x86 (или х86-64 в случае 64-разрядных процессоров). Формально, все х86-процессоры являлись CISC-процессорами, однако новые процессоры являются CISC-процессорами с RISC-ядром. Они непосредственно перед исполнением преобразуют CISC-инструкции процессоров x86 в более простой набор внутренних инструкций RISC.
  
  
  Процессоры типа CISC
  

• 10 слайд

  Анализ и оценка RISC - систем на базе различных архитектур
  Существуют и российские CISC-процессоры. Это 32-разрядные микропроцессоры серии “ Электроника ” и СМ ЭВМ. Основные архитектурные особенности : виртуальное адресное пространство ёмкостью 4 Гбайт; 32-разрядное слово. Однако уже сейчас готовится процессор Эльбрус-8С, кристалл которого разработан по технологии 28 нм, имеет 8 процессорных ядер с улучшенной 64-разрядной архитектурой Эльбрус 3-го поколения, кэш-память 2-го уровня общим объёмом 4 мегабайта и 3-го уровня объёмом 16 мегабайт.
  Процессоры типа CISC
  …к оглавлению
  

• 11 слайд

  Анализ и оценка RISC - систем на базе различных архитектур
  RISC (англ. restricted (reduced) instruction set computer - компьютер с сокращённым набором команд) - архитектура процессора, в котором быстродействие увеличивается за счёт упрощения инструкций, чтобы их декодирование было более простым, а время выполнения - меньшим. Первые RISC-процессоры даже не имели инструкций умножения и деления. Это также облегчает повышение тактовой частоты и делает более эффективной суперскалярность (распараллеливание инструкций между несколькими исполнительными блоками).
  Процессоры типа RISC
  

• 12 слайд

  Анализ и оценка RISC - систем на базе различных архитектур
  Нередко слова «сокращённый набор команд» понимаются как минимизация количества инструкций в системе команд. В действительности, инструкций у многих RISC-процессоров больше, чем у CISC-процессоров. Некоторые RISC-процессоры вроде транспьютеров фирмы INMOS (ныне - STMicroelectronics)(транспьютер – многопроцессорная система на одном кристале) имеют наборы команд не меньше, чем, например, у CISC-процессоров IBM System/370; и наоборот — CISC-процессор DEC PDP-8 имеет только 8 основных и несколько расширенных инструкций.
  
  Процессоры типа RISC
  

• 13 слайд

  Анализ и оценка RISC - систем на базе различных архитектур
  На самом деле, термин «сокращённый» в названии описывает тот факт, что сокращён объём (и время) работы, выполняемый каждой отдельной инструкцией - как максимум один цикл доступа к памяти, - тогда как сложные инструкции CISC-процессоров могут требовать сотен циклов доступа к памяти для своего выполнения.
  Процессоры типа RISC
  …к оглавлению
  

• 14 слайд

  Анализ и оценка RISC - систем на базе различных архитектур
  Некоторые архитектуры, специально разработанные для минимизации количества инструкций, сильно отличаются от классических RISC-архитектур и получили другие названия: Minimal instruction set computer (MISC), Zero instruction set computer (ZISC), Ultimate RISC (также называемый OISC), Transport triggered architecture (TTA) и т. п.
  Процессоры типа MISC, ZISC, URISC (OISC), TTA
  

• 15 слайд

  Анализ и оценка RISC - систем на базе различных архитектур
  MISC (англ. minimal instruction set computer - «компьютер с минимальным набором команд») - вид процессорной архитектуры. Процессоры с MISC, как и процессоры RISC, характеризуются небольшим числом чаще всего встречающихся команд. Вместе с этим, принцип «очень длинных командных слов» (VLIW) обеспечивает выполнение группы непротиворечивых команд за один цикл работы процессора. Порядок выполнения команд распределяется таким образом, чтобы в максимальной степени загрузить маршруты, по которым проходят потоки данных. Компоненты процессора просты и работают на высоких частотах. Система команд MISC настолько проста, что поместилась на одной странице.
  Процессоры типа MISC
  

• 16 слайд

  Анализ и оценка RISC - систем на базе различных архитектур
  ZISC (англ. Zero Instruction Set Computer — компьютер с нулевым набором команд) — архитектура процессора, основанная на таких технологиях, как сопоставление с образцом. Архитектура характеризуется отсутствием микрокоманд в привычном для микропроцессоров понимании.
  ZISC — это технология, основанная на идеях, позаимствованных из нейросетей. Для ZISC характерна аппаратная параллельная обработка данных, подобно тому как это происходит в настоящих нейросетях. Эта концепция была разработана Guy Paillet.
  Процессоры типа ZISC
  

• 17 слайд

  Анализ и оценка RISC - систем на базе различных архитектур
  URISC (от англ. Ultimate RISC) — предельный случай процессора типа RISC (буквально: компьютер с сокращённым набором инструкций), в котором выполняется только один тип инструкций: обычно это «reverse-subtract and skip if borrow», что означает «вычесть и пропустить следующую инструкцию, если вычитаемое было больше уменьшаемого» соответственно. Аналогичная концепция, основанная именно на «subtract and branch unless positive» — «вычесть и перейти, если результат не положительный», называется SUBLEQ. URISC также известен в современной литературе как OISC (англ. One Instruction Set Computer).
  Процессоры типа URISC (OISC)
  

• 18 слайд

  Анализ и оценка RISC - систем на базе различных архитектур
  Transport triggered architecture (TTA) — вариант архитектуры микропроцессоров, в которой программы непосредственно управляют внутренними соединениями (шинами) между блоками процессора. Вычисления являются побочным эффектом передачи данных между блоками: запись данных на входной порт (triggering port) функционального устройства приводит к началу их обработки данным устройством. Благодаря модульной структуре, TTA-архитектура подходит для проектирования проблемно-ориентированных процессоров (ASIP), при этом TTA-процессоры получаются универсальнее и дешевле чем аппаратные ускорители для фиксированных функций. Основным недостатком TTA является не универсальность поставленных задач.
  Процессоры типа TTA
  …к оглавлению
  

• 19 слайд

  Анализ и оценка RISC - систем на базе различных архитектур
  PA-RISC — микропроцессорная архитектура, разработанная компанией Hewlett-Packard. Как следует из названия, это RISC-архитектура; PA означает Precision Architecture (рус. точная архитектура). Иногда эта архитектура называется HP/PA (Hewlett Packard Precision Architecture).
  Архитектура была представлена 26 февраля 1986 года, когда были выпущены первые модели HP 3000 Series 930 и HP 9000 Model 840 оснащённые первой реализацией архитектуры — TS1.
  
  Процессоры типа PA-RISC
  

• 20 слайд

  Анализ и оценка RISC - систем на базе различных архитектур
  Однако в отличии от процессоров типа MISC, ZISC, URISC (OISC), TTA, которые также являются «модификацией» RISC, архитектуру PA-RISC нельзя выделить в отдельную группу, так как её логика и главная идея напрямую заимствована у RISC архитектуры.
  
  Процессоры типа PA-RISC
  …к оглавлению
  

• 21 слайд

  Анализ и оценка RISC - систем на базе различных архитектур
  Несмотря на многообразие архитектур невозможно выделить «лучшую» из них. Архитектуры типа MISC, ZISC, URISC (OISC), TTA из-за своей узконаправленности идеально подходят для выполнения конкретных задач. Архитектуры CISC и RISC (PA-RISC) более универсальны. CISC позволяет выполнять более сложные вычисления, что влияет на стоимость его аппаратной части. Еще один недостаток - сложности с распараллеливанием вычислений, с многозадачностью. RISC более многозадачен, однако из-за его «простоты», благодаря чему достигается большая скорость, производительность, многозадачность, он не способен делать столь «тяжелые» вычисления что и CISC.
  
  Основные выводы и оценки RISC систем на базе различных архитектур.
  
  

• 22 слайд

  Анализ и оценка RISC - систем на базе различных архитектур
  В настоящее время крупные IT компании пытаются найти способы по совмещению обеих архитектур в одном процессоре, в одной системе. Самый продвинутый способ достигнуть этого на сегодня – это реализация RISC ядра на CISC процессоре. Все современные десктопные процессоры построенны по этому принципу, благодаря которому достигается высокая производительность.
  
  Основные выводы и оценки RISC систем на базе различных архитектур.
  
  

• 23 слайд

  Анализ и оценка RISC - систем на базе различных архитектур
  Спасибо за внимание!