"O'qish"va" Yozish" - Kafedrasi kompyuter arxitekturasi moduli bo‘yicha

|
Kafedrasi kompyuter arxitekturasi moduli bo‘yicha
|
bet | 34/80 | Sana | 06.07.2024 | Hajmi | 13,43 Mb. | | #266748 |
Bog'liq Kafedrasi kompyuter arxitekturasi moduli bo‘yicha"O'qish"va" Yozish"dan tashqari barcha buyruqlar registr-registr formatiga ega.
Ko'pgina ko'rsatmalarning bajarilishini soddalashtirish va ularni registr-registr formatiga o'tkazish uchun siz protsessorga juda katta miqdordagi umumiy registrlarni taqdim etishingiz kerak. Bu keyingi operatsiyalarda operandlar sifatida ishlatiladigan oraliq natijalarni vaqtincha saqlashni ta'minlashga imkon beradi va operatsiyalarni bajarilishini tezlashtiradigan xotiraga kirish sonining kamayishiga olib keladi. 32 ga teng bo'lgan minimal registrlar soni aksariyat RISC kompyuter ishlab chiqaruvchilari tomonidan amalda standart sifatida qabul qilinadi. Kompyuterning buyruqlar tizimi (VM) bu VM bajarishi mumkin bo'lgan buyruqlarning to'liq ro'yxati. Buyruq tizimining arxitekturasi (BTA) - bu kompyuterga ko'rinadigan va dasturchi ko'radigan kompyuter vositalari. Semantik bo'shliqni qisqartirish nuqtai nazaridan BTA ning uchta turidan biri ajralib turadi:
- buyruqlarning to'liq to'plamiga ega bo'lgan arxitektura: CISC (Komple Instruction Set Computer);
- qisqartirilgan buyruqlar to'plami bilan arxitektura: RISC (qisqartirilgan ko'rsatmalar to'plami kompyuteri);
- juda uzun buyruqli so'zlar bilan arxitektura: VLIW (Juda uzun qo'llanma so'zi).
CISC arxitekturasining asosiy g'oyasi uning nomi - "buyruqlarning to'liq to'plami" da aks etadi. Ushbu arxitektura har bir mumkin bo'lgan (odatiy) ma'lumotlarni qayta ishlash harakati uchun alohida mashina ko'rsatmasiga ega bo'lishga intiladi. Tarixiy jihatdan CISC me'morchiligi birinchilardan biri bo'lgan. Protsessorlarning takomillashtirilishi imkon qadar ko'proq turli xil ko'rsatmalarni bajarishga qodir VMlarni yaratish yo'lidan bordi. Bu assambleya tilida dasturlar yozgan dasturchilarning ishini soddalashtirdi (ya'ni deyarli mashina ko'rsatmalari darajasida). Murakkab buyruqlardan foydalanish dastur hajmini va ishlab chiqish vaqtini qisqartirishga imkon berdi. Natijada, CISC protsessorlarini tashkil etishning quyidagi xususiyatlari rivojlandi: har biri markaziy protsessorning bir necha sikllarida bajariladigan turli xil mashina ko'rsatmalari (yuzlab); dasturlashtiriladigan mantiq bilan boshqarish moslamasi; oz sonli umumiy foydalanish registrlari (RON); turli uzunlikdagi turli xil buyruq formatlari; ikki manzilli adreslashning ustunligi; bilvosita adreslashning turli usullarini o'z ichiga olgan operandlarni adreslash mexanizmi ishlab chiqilgan. Ammo CISC yondashuvi ba'zi bir buyruqlarni faqat apparatda bajarilishini imkonsiz qildi (bunday vositalarning murakkabligi bilan). Natijada, protsessorlarda bloklar paydo bo'ldi, "tezda" eng murakkab ko'rsatmalarni oddiyroq ko'rsatmalar ketma-ketligi bilan almashtirdi. Bundan tashqari, amaliyot shuni ko'rsatdiki, dasturlarni yozishda ko'plab murakkab buyruqlar oddiygina talab qilinmagan. Va nihoyat, buyruqlarning juda murakkabligi va ularning ko'pligi tufayli VM boshqaruv moslamasi faqat dasturlashtiriladigan mantiq asosida, ya'ni "sekin" boshqaruv xotirasi yordamida tuzilishi kerak edi. Oxirgi holat protsessorning soat chastotasini oshirish imkoniyatlarini sezilarli darajada chekladi. Ushbu omillarning barchasi RISC arxitekturasi tomon burilishga olib keldi. Shu bilan birga, CISC me'morchiligining bir qator shubhasiz afzalliklari o'z dolzarbligini saqlab qoladi (birinchi navbatda, dasturiy ta'minot ishlab chiqaruvchilari nazarida). Shuning uchun etakchi VM ishlab chiqaruvchilari (Intel, AMD, IBM va boshqalar) o'zlarining so'nggi ishlanmalarida hali ham CISC yondashuvidan voz kechmaydilar.
CISC protsessorlari xotirani qisqartirish uchun kodni soddalashtirish va uni qisqartirishda yordam berdi. CISC protsessorida bitta yo'riqnomada "bir nechta past darajadagi operatsiyalar" mavjud. Bu CISC ko'rsatmalarini qisqa, ammo "murakkab" qiladi.
Turli xil VM-lar buyruq tizimlarida har xil turdagi operatsiyalarga ega bo'lishi mumkin. Shunga qaramay, buyruqlarning asosiy turlari ajratib ko'rsatiladi:
1) ma'lumotlar uzatish buyruqlari;
2) arifmetik va mantiqiy ishlov berish buyruqlari;
3) satrlar bilan ishlash uchun buyruqlar;
4) SIMD buyruqlari;
5) aylantirish buyruqlari;
6) kirish / chiqish buyruqlari;
7) tizimni boshqarish buyruqlari;
8) buyruq oqimi nazorati guruhlari.
11.1-rasm. CISC arxitekturasi
RISC arxitekturasiga alohida e'tibor, aksariyat zamonaviy CISC protsessorlarida dekodlash bosqichidagi murakkab ko'rsatmalar oddiy RISC ko'rsatmalar to'plamiga qisqartirilganligi va protsessor yadrosi RISC protsessori sifatida amalga oshirilganligi bilan bog'liq. RISC arxitekturasidagi asosiy sa'y-harakatlar eng samarali ko'rsatmalar liniyasini qurishga qaratilgan, ya'ni barcha ko'rsatmalar xotiradan olinib, protsessorga bir xil oqim shaklida ishlov berish uchun yuboriladi va hech qanday ko'rsatma kutish holatida bo'lmasligi kerak va protsessor yuklanib qolishi kerak. Ko'pgina ko'rsatmalarning bajarilishini soddalashtirish va ularni registr- registr formatiga o'tkazish uchun siz protsessorga juda katta miqdordagi umumiy registrlarni taqdim etishingiz kerak. Bu keyingi operatsiyalarda operandlar sifatida ishlatiladigan oraliq natijalarni vaqtincha saqlashni ta'minlashga imkon beradi va operatsiyalarni bajarilishini tezlashtiradigan xotiraga kirish sonining kamayishiga olib keladi. 32 ga teng bo'lgan minimal registrlar soni aksariyat RISC kompyuter ishlab chiqaruvchilari tomonidan amalda standart sifatida qabul qilinadi.
VLIW (inglizcha very long instruction word - "juda uzun mashina ko'rsatmasi") bir nechta hisoblash qurilmalariga ega bo'lgan protsessor arxitekturasidir. Bu protsessorning bitta buyrug'i parallel ravishda bajarilishi kerak bo'lgan bir nechta operatsiyalarni o'z ichiga olishi bilan tavsiflanadi. Juda uzun qo'llanma so'zi (VLIW) arxitekturasi 1980-yillarning boshlaridan beri bir qator universitet loyihalaridan ma'lum bo'lgan. VLIW g'oyasi shundan iboratki, ko'rsatmalarning parallel bajarilishini samarali rejalashtirish vazifasi "aqlli" kompilyatorga tegishli. Bunday kompilyator dastlab manba dasturini tahlil qiladi. Tahlilning maqsadi bir vaqtning o'zida bajarilishi mumkin bo'lgan barcha buyruqlarni aniqlash va buyruqlar o'rtasida ziddiyatlar yuzaga kelmasligi. Tahlil paytida kompilyator hatto ko'rib chiqilayotgan dasturning bajarilishini qisman taqlid qilishi mumkin. Keyingi bosqichda kompilyator bunday buyruqlarni paketlarga (to'plamlarga) birlashtirishga harakat qiladi, ularning har biri bitta super-uzun buyruq sifatida qaraladi. Bir nechta oddiy buyruqlarni bitta super-uzunga birlashtirish quyidagi qoidalarga muvofiq amalga oshiriladi:
Bitta super-uzun buyruqqa birlashtirilgan oddiy buyruqlar soni protsessordagi funktsional (bajarilish) bloklari (FB) soniga teng;
«Ekstremal buyruqqa faqat turli xil FBlar tomonidan bajariladigan shunday oddiy buyruqlar kiradi, ya'ni ortiqcha uzunlikdagi buyruqning barcha tarkibiy qismlarining bir vaqtning o'zida bajarilishi ta'minlanadi. Juda uzun buyruq odatda 256 dan 1024 bitgacha bo'ladi. Bunday meta-buyruq bir nechta maydonlarni o'z ichiga oladi (uni tashkil etadigan oddiy buyruqlar soniga ko'ra), ularning har biri ma'lum bir funktsional blok uchun operatsiyani tavsiflaydi.
Bu shakl bu qo'shimcha uzun buyruqning mumkin bo'lgan formatini va uning maydonlari va individual operatsiyalarni amalga oshiradigan FBlar o'rtasidagi munosabatni ko'rsatadi.
11.2-rasm. Funktsional bloklarlar o'rtasidagi munosabati
|
| |