-Mavzu. Buyruqlar tizimi arxitekturasi

6-Mavzu. Buyruqlar tizimi arxitekturasi
Kat. o’q. Yusupov R.A.
https://drive.google.com/drive/folders/1wD6aPSg3XF1HA2oJ6G34G8tXvtvtv_Jo
Reja
Mashina tilidagi buyruqlarning umum formatlari va turlari
Operandlarni saqlash joyiga qarab klassifikatsiyalash
Berilgan EHM bajarishi mumkin bo’lgan buyruqlarning to’liq ro’yxati EHMning buyruqlar tizimi deb nomlanadi.
Buyruqlar tizimining arxitekturasida dasturchi uchun mavjud bo'lgan EHM vositalarini aniqlash odatiy holdir.
Buyruqlar tizimining arxitekturasini dasturiy ta’minot talablariga EHM apparaturasi imkoniyatlari bilan mos keladigan vosita sifatida qarash mumkin.
Mashina tilidagi buyruqlarning umum formatlari va turlari
EHM ma’lumotlarga ishlov berib dasturdagi buyruqlar (kommanda) ketma-ketligiga mos ravishda bajarilib quyilgan masalani yechadi.
Shuning uchun kompyuter dastur asosida boshqariladigan qurilmadir. Uning asosini protsessor (CPU), xotira va kiritish-chiqarish qurilmalari tashkil qiladi.
Mashina tilidagi buyruqlarning umum formatlari va turlari
Kompyuter buyruqlarini albatta uni protsessori aniqlab beradi. Bu buyruqlar – ikkilik sanoq tizimiga asoslangan – sonlar (kod) to’plami bo’lib mashina tili deb nomlanadi. Kodlar (buyruqlar) protsessordan protsessorga o’zgaradi va yozilishi 8 bitdan to 10 lab baytglargacha bo’lishi mumkin. Demak bu buyruqlarni 100 va hatoki 10000 dan ortiq turlari mavjud.
Mashina tilidagi buyruqlarning umum formatlari va turlari
Mashina tilida dasturlash – bu mana shu buyruqlarni eslab qolib, qo’llash bilan bog’liq bo’lgan murakkab jarayondir. Shu sababli dasturchilar o’z ishlarini avtomatlashtirish uchun maxsus inson tiliga yaqin bo’lgan tildan (ingliz tili asosida) tarjimonchi dasturlar yaratishdi va uni til kompilyatorlari deb nomlashdi. Shu kompilyatorlardan eng soddasi va ko’pincha mashina buyruqlarini ma’lum so’z yoki qisqartmaga moslashtirib olingani assembler tili deb nomlanadi.
Buyruqlar tizimi arxitekturasi klassifikatsiyasi
Zamonaviy dasturlash texnologiyasi yuqori darajadagi tillarga (YuDT) yo’naltirilgan bo’lib, ularning asosiy maqsadi dasturlash jarayonini yengillashtirishdir. YuDT ga o’tish jiddiy muammo tug’dirdi: YuDT uchun xos bo’lgan murakkab operatorlar oddiy mashina operatsiyalaridan sezilarli darajada farq qiladi.
Muammo semantik uzilish deb ataladi va uning natijasi dasturning yetarli darajada samarali bajarilishmasligidir.
Semantik uzilishni bartaraf etish uchun EHM ishlab chiquvchilari uchta yondashuvdan birini va shunga mos ravishda uchta BTA turidan birini tanlaydilar:
buyruqlarning to'liq to'plamiga ega bo'lgan arxitektura: CISC (Complex Instruction Set Computer);
qisqartirilgan buyruqlar to’plami bilan arxitektura: RISC (Reduced Instruction Set. Computer);
juda uzun buyruq so’zlari bilan arxitektura: VLIW (Very Long Instruction Word).
Buyruq formatlari
Buyruqlar formati – bu buyruqni ichki tuzilish strukturasini aniqlovchi qoida kelishuvdir.
Buyruq – amal kodi, ushbu amalda qatnashayotgan operanda yoki operandalar qayerdan olinishi va natija qayerga yozilishi haqidagi axborotlardan iborat bo’ladi.
Buyruq formatlari
Buyruqlar – operandlar soniga qarab 4 sinfga bo’linadi.
Amal kodi
Amal kodi
Amal kodi
Adres
Amal kodi
Adres1
Adres2
Adres3
Amal kodi
Adres1
Adres2
a) Adressiz buyruqlar
b) Bir adresli buyruq
d) Ikki adresli buyruq
e) Uch adresli buyruq
Buyruqlar tizimi arxitekturasi
Akkumulyatorli arxitektura
(EDSAC 1950)
Registrli arxitektura
(IBM 360 1964)
Buyruqlarning to'liq to'plamiga ega bo'lgan arxitektura CISC
(VAX, Intel, 1977-1980)
Xotiraga ajratilgan murojaatli arxitektura (CDC6600, Cray, 1963-1976)
Qisqartirilgan buyruqlar to’plamli arxitektura RISC (Mips, Sparc, RS6000 1987)
Qisqartirilgan buyruqlar to’plamli arxitektura RISC (Mips, Sparc, RS6000 1987)
Juda uzun buyruq so’zlari bilan arxitektura
(Itanium, 1990)
Stekli arxitektura
(B5500, B6500, 1963-1966)
Operantsiz buyruqlar to’plamli arxitektura
(Itanium, 1990)
CISC arxitekturasi uchun quyidagilar urinli:
protsessorda nisbatan kam miqdordagi umum ishlov registrlarning mavjudligi;
ko'p sonli mashina buyruqlari, ularning ba’zilari YuDT murakkab operatorlarini apparatli amalga oshiradi;
operandlarni adreslashning turli-tuman usullari;
turli razriyadli buyruq formatlari to’plami;
qayta ishlash xotiraga kirish bilan birlashtirilgan buyruqlar mavjudligi.
1980-yillarning o'rtalariga qadar ishlab chiqarilgan deyarli barcha EHMlarni va hozirda ishlab chiqarilayotgan kompyuterlarning muhim qismini CISC turiga kiritish mumkin.
Semantik uzilish muammosini hal qilishning bu usuli EHM apparaturasini, asosan boshqarish qurilmasini murakkablashishiga olib keladi, bu esa EHMning ishlashiga salbiy ta'sir qiladi.
Olib borilgan izlanishlarga ko’ra, YuDT operatorlariga ekvivalent bo’lgan qo’shimcha buyruqlar ulishi, dasturlarning umumiy hajmidan 10-20% dan, ba’zi bir murakkab buyruqlar uchun esa 0,2% dan oshmasligi aniqlandi.
Qo'shimcha buyruqlarni amalga oshirish uchun zarur bo'lgan apparat vositalari hajmi sezilarli darajada oshadi.
Shunday qilib, murakkab buyruqlarni qo'llab-quvvatlashda mikrodastur xotirasining hajmi 60 foizga ko'payishi mumkin.
Natijada RISC arxitekturasi paydo bo’ldi.
RISC atamasi birinchi bo'lib 1980 yilda D.Patterson va D. Ditsel tomonidan qo'llanilgan.
HM buyruqlarining ro'yxatini cheklash g’oyasi, faqat protsessor registrlarida joylashgan ma'lumotlarda ishlaydigan eng ko'p ishlatiladigan oddiy ko'rsatmalar bilan amalga oshirishdir.
Xotiraga murojaat qilish maxsus o'qish/yozish buyruqlari yordamida ruxsat beriladi.
Operand manzillarini ko'rsatish usullari va buyruq formatlari soni keskin kamaytirildi.
Buyruq formatlari sonining kamayishi va ularning oddiyligi, cheklangan miqdordagi adreslash usullaridan foydalanish, ma'lumotlarni qayta ishlash operatsiyalarini xotiraga kirish operatsiyalaridan ajratish EHM apparaturasini sezilarli darajada soddalashtirishi va ularning tezligini oshirishga imkon berdi.
Oddiy, ammo tezkor RISC-buyruqlarining ketma-ketligi yordamida murakkab buyruqlarni amalga oshirish, CISC arxitekturasidagi murakkab buyruqlarning apparat versiyasidan samarali emasligini ko’rsatdi.
RISC-arxitekturasi elementlari birinchi bo'lib Cray Research kompaniyasining CDC 6600 hisoblash mashinalari va superEHMlarida paydo bo'ldi.
RISC-arxitekturasi zamonaviy EHMlarda muvaffaqiyatli amalga oshirilmoqda, masalan, DEC firmasining Alpha protsessorlarida, Hewlett-Packard firmasining PA seriyasida, PowerPC oilasida va boshqalarda.
Shuni esda tutingki, Intel va AMD firmalarining so'nggi mikroprotsessorlarida RISC-arxitekturasiga xos g'oyalar keng qo'llanilmoqda, shuning uchun CISC va RISC o'rtasidagi ko'pgina farqlar asta-sekinlik bilan yo’qolib bormoqda.
CISC- va RISC-arxitekturalaridan tashqari yana bitta turdagi – juda uzun so’zli buyruqlar (VLIW) arxitekturasi ham mavjud.
VLIW kontseptsiyasi RISC-arxitekturasiga asoslangan bo'lib, bu yerda bir nechta oddiy RISC-buyruqlari bitta eng uzun buyruqqa birlashtiriladi va parallel ravishda bajariladi.
VLIW arxitekturasi RISCdan, nisbatan kam farq qiladi. Faqatgina hisoblashlarning qo'shimcha parallellik darajasi paydo bo'ldi, shuning uchun VLIW arxitekturasini kompyuterlarga emas, balki hisoblash tizimlariga murojaat qilish mantiqan to'g'ri keladi.
Operandlarni saqlash joyiga qarab klassifikatsiyalash
Bo’yruqlar tizimi arxitekturasi ko’rinishi quyidagilarga bo’linadi:
stekli;
akkumulyatorli;
registrli;
xotiraga ajratilgan murojaatli.
Aniq arxitekturani tanlash bir qator fikrlarga bog’liq:
buyruqlarning bir qismi nechta adreslarni o’z ichiga oladi;
bu so’zlarning uzunligi qancha bo’ladi;
operandlarga murojaat qanchalik oson bo’ladi;
buyruqlarning umumiy uzunligi qanday bo’ladi.
Stek arxitekturasi
Stek - bu mantiqiy ravishda bir-biriga bog'langan hujayralar to'plamini tashkil etuvchi, oxirgi, birinchi chiqish asosida o'zaro ta'sir qiluvchi xotira (Last In First Out).
http://azkurs.org
Mavzu: Kompyuterlarni tashkil qilishning raqamli mantiqiy asoslari
|