Процессор. Основные характеристики процессоров. CISC и RISC процессоры.

Процессор, центральное устройство ЦВМ, выполняющее заданные программой преобразования информации и осуществляющее управление всем вычислительным процессом и взаимодействием устройств вычислительной машины. Иногда вместо термина "П." употребляют термины "центральное обрабатывающее устройство", "вычислитель". Основными частями П. являются арифметико-логическое устройство и устройство управления. Устройство управления П. определяет последовательность выборки команд из памяти, вырабатывает управляющие сигналы, координирует работу устройств ЦВМ, обрабатывает сигналы прерывания программ, осуществляет защиту памяти, контролирует и диагностирует работу П. В арифметико-логическом устройстве производятся арифметические и логические преобразования информации. Кроме того, в состав П., как правило, входит сверхоперативное запоминающее устройство (местная память) небольшой ёмкости, а также ряд блоков, предназначенных для организации вычислительного процесса (блок защиты памяти, блок прерывания программ и др.). Оперативное запоминающее устройство (основная память) и каналы связи с периферийными устройствами выполняются в виде отдельных устройств, хотя в небольшой ЦВМ могут конструктивно объединяться с П. и использовать частично его оборудование. П. функционирует в тесном взаимодействии с программными средствами ЦВМ, являющимися как бы продолжением аппаратурных средств П.

Выполнение программы — это последовательное осуществление в заданном порядке арифметических и логических операций над хранящимися в памяти словами (числами, кодами) и действий, связанных с организацией вычислительного процесса и с оценкой получающихся результатов. Обычно каждой операции соответствует одна команда программы, поэтому П. характеризуется набором выполняемых команд (см. Команд система ЦВМ). Работа П. осуществляется по повторяющимся циклам (тактам). Цикл (такт) работы П. состоит из выборки команды и операндов и выполнения операций над ними. Время выполнения команды (или среднее число команд, выполняемых в единицу времени), т. е. быстродействие, является важнейшей характеристикой П. При выполнении одной программы обращение к медленно действующим (по сравнению с П.) периферийным устройствам ввода — вывода информации вызывает простой П., которые могут быть уменьшены, если одновременно выполнять несколько программ (мультипрограммные ЦВМ).

В ЦВМ может быть несколько П. (многопроцессорные ЦВМ); П., обеспечивающий ввод — вывод информации, называется периферийным в отличие от др. П., называемых центральными. Наличие нескольких П. позволяет ЦВМ ускорить выполнение одной программы большого объёма или нескольких, в том числе взаимосвязанных, программ. Структура П. и его элементная база являются признаками, определяющими поколение ЦВМ.

Одно из фундаментальных различий между процессорами разного типа находится на самом нижнем уровне: оно заключается в методе обработки процессором команд. В этом отношении процессоры можно разделить на два типа: с полным набором команд (CISC) и с ограниченным набором (RISC). Разница между ними видна уже из названий.

Чем различаются алгоритмы?

В микросхемах CISC множество низкоуровневых команд объединяют и одну для создания одного программного модуля, встроенного в управляющую логику микросхемы.
Напротив, управляющая логика микросхем RISC функционирует на уровне отдельных команд. Благодаря различиям в конструкции, в микросхемах CISC обычно используется более обширная система Команд (набор команд, встроенных в логическое устройство микросхемы), чем в RISC. Именно поэтому при решении поставленной задачи в CISC каждая команда работает сама по себе, а в RISC можно комбинировать и подгонять различные команды для достижения требуемого результата. В некотором смысле это похоже на разницу между латинским алфавитом (позволяющим с помощью 26 букв написать любое слово на данном языке, хотя каждая буква мало что значит, пока не соединена с остальными буквами) и тысячами китайских иероглифов, каждый из которых представляет собой отдельное слово.

Система команд (instruction set) – это набор инструкций, встроенных в микросхему.
Говоря проще, там, где микросхема CISC выполняет одну сложную задачу, RISC выполняет пять очень простых задач, но, в конце концов, обе микросхемы доведут до конца одно и то же дело. Запутались? Приведем пример. Если вы используете микросхемы CISC и RISC и хотите, чтобы каждая накрыла обеденный стол, вы должны отдавать им приказы различным способом. Микросхеме CISC достаточно приказать: "Накрой стол", — и этого довольно. Так происходит потому, что в поднабор команд Set Table (Накрыть стол) входят все компоненты, необходимые для накрытия стола - так запрограммирована микросхема.
Однако эта же команда собьет с толку микросхему RISC — приказ накрыть стол для нее ничего не значит. Вместо этого вы должны приказать ей: "Поставь на стол тарелки! Разложи столовое серебро! Положи на стол салфетки!" и т.д. В конечном счете, оба процессора выполнят задачу с тем же конечным результатом, однако придут к этому разным путем.
Почему используют два подхода? Они отражают разные методы разработки схем.
Вплоть до середины восьмидесятых годов, в новых моделях процессоров использовали только структуру CISC. По мере роста вычислительной мощности микросхем их конструкция быстро усложнялась. Это было обусловлено тем, что в управляющую логику процессора встраивалось все большее число команд, так что в микросхему приходилось добавлять все большее число транзисторов. Конструкторы микросхем RISC пришли к выводу, что упрощенные команды будут быстрее исполняться и будут не так сложны, как команды в CISC. Это объясняется тем, что для повышения "интеллекта" микросхемы RISC достаточно всего нескольких дополнительных команд. Поэтому такие микросхемы должны быть дешевле.

Дата добавления: 2015-09-06