Презентация, доклад на тему Анализ и оценка RISC - систем на базе различных архитектур

- систем на базе различных архитектур»

Работа на тему:

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:

(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

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

- 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

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

на классификации архитектур процессоров по организации выполнения команд.

Архитектуры процессоров

Архитектуры процессоров

CISC

RISC

MISC

PA-RISC

…к оглавлению

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

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

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

(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

«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

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

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

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

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

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)

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

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

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

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.

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.

внимание!