Типы микропроцессоров.
Серверы.
Особую интенсивно развивающуюся группу ЭВМ образуют многопользовательские компьютеры, используемые в вычислительных сетях, – серверы. Серверы обычно относят к микроЭВМ, но по своим характеристикам мощные серверы скорее можно отнести к малым ЭВМ и даже к мэйнфреймам, а суперсерверы приближаются к суперЭВМ.
Если первоначально именно наличие МП служило признаком микроЭВМ, то сейчас МП используются во всех без исключения классах ЭВМ.
Все микропроцессоры можно разделить на группы:
- Микропроцессоры типа CISC с полным набором системы команд;
- Микропроцессоры типа RISC с усеченным набором системы команд;
- Микропроцессоры типа VLIW со сверхбольшим командным словом;
- Микропроцессоры типа MISC с минимальным набором системы команд и весьма высоким быстродействием и др.
Двумя основными архитектурами набора команд, используемыми компьютерной промышленностью на современном этапе развития вычислительной техники являются архитектуры CISC и RISC. Основоположником CISC-архитектуры можно считать компанию IBM с ее базовой архитектурой /360, ядро которой используется с 1964 года и дошло до наших дней, например, в таких современных мейнфреймах как IBM ES/9000.Лидером в разработке микропроцессоров c полным набором команд (CISC – Complete Instruction Set Computer) считается компания Intel со своей серией x86 и Pentium. Эта архитектура является практическим стандартом для рынка микрокомпьютеров. Для CISC-процессоров характерно: сравнительно небольшое число регистров общего назначения; большое количество машинных команд, некоторые из которых нагружены семантически аналогично операторам высокоуровневых языков программирования и выполняются за много тактов; большое количество методов адресации; большое количество форматов команд различной разрядности; преобладание двухадресного формата команд; наличие команд обработки типа регистр-память.
МП типа CISC– Complete Instruction Set Computer.
Микропроцессор CISC использует набор машинных инструкций, полностью соответствующий набору команд языка ассемблера. Вычисления разного типа в нем могут выполняться различными командами, даже если они приводят к одному результату (например, умножение на два и сдвиг на один разряд влево). Такая архитектура обеспечивает разнообразные и мощные способы выполнения вычислительных операций на уровне машинных команд, но для выполнения каждой команды обычно требуется большое число тактов процессора.
Для CISC-процессоров характерно:
*сравнительно небольшое число регистров общего назначения;
* большое количество машинных команд, некоторые из которых нагружены семантически аналогично операторам высокоуровневых языков программирования и выполняются за много тактов;
* большое количество методов адресации;
* большое количество форматов команд различной разрядности;
* преобладание двухадресного формата команд; наличие команд обработки типа регистр-память.
Большинство современных ПК типа IBM PC используют МП типа CISC. В CISC-микропроцессоре набор команд очень богат, и довольно сложную задачу можно выполнить одной командой. Например в Intel-системе одной командой можно скопировать целую строку символов. Однако именно богатый набор команд стал традиционным источником определенных ограничений этой архитектуры, которые приводят к тому, что отдельные команды могли выполняться в несколько тактов. Этот недостаток особенно очевидно проявлялось в архитектуре 386, где команды часто выполнялись за два, а то и за четыре такта. Процессоры Intel 486, Pentium Pro, , по своей производительности уже приближались к RISC-процессорам.
Примечание. В программах решения многих задач содержится большое число условных передач управления. Если процессор может заранее предсказывать направление перехода (ветвления), то его производительность значительно возрастает за счет оптимизации работы вычислительных конвейеров. В МП Pentium Pro вероятность правильного предсказания 90% против 80% у МП Pentium.
МП типа RISC – Reduced Instruction Set Computer.
Среди особенностей RISC-архитектур следует отметить наличие достаточно большого регистрового файла (в типовых RISC-процессорах реализуются 32 или большее число регистров по сравнению с 8 – 16 регистрами в CISC-архитектурах), что позволяет большему объему данных храниться в регистрах на процессорном кристалле большее время и упрощает работу компилятора по распределению регистров под переменные.
Микропроцессоры с архитектурой RISC ( Reduced Instruction Set Computers ) используют сравнительно небольшой (сокращённый ) набор наиболее употребимых команд, определённый в результате статистического анализа большого числа программ для основных областей применения CISC (Complex Instruction Set Computer )- процессоров исходной архитектуры. Все команды работают с операндами и имеют одинаковый формат. Обращение к памяти выполняется с помощью специальных команд загрузки регистра и записи. Простота структуры и небольшой набор команд позволяет реализовать полностью их аппаратное выполнение и эффективный конвейер при небольшом объеме оборудования. Арифметику RISC- процессоров отличает высокая степень дробления конвейера. Этот прием позволяет увеличить тактовую частоту ( значит, и производительность ) компьютера; чем более элементарные действия выполняются в каждой фазе работы конвейера, тем выше частота его работы. RISC - процессоры с самого начала ориентированны на реализацию всех возможностей ускорения арифметических операций, поэтому их конвейеры обладают значительно более высоким быстродействием, чем в CISC - процессорах. Поэтому RISC - процессоры в 2 - 4 раза быстрее имеющих ту же тактовую частоту CISC - процессоров с обычной системой команд и высокопроизводительней, несмотря на больший объем программ, на ( 30 % ).
На рынке RISC-систем не было совместимости, как у микропроцессоров Intel. Почти се известные фирмы разработали по несколько вариантов микросхем RISC, что привело к анархии. На рынке присутствовали десятки разных RISC-процессоров, каждый из которых работал под управлением собственной операционной системы. Для того, чтобы вкладывать большие средства в RISC-системы, разработчики должны были увидеть жизнеспособный рынок, конечные пользователи иметь широкую номенклатуру приложений.
Резюме:
МП типа RISC содержат только набор простых, часто встречающихся в программах команд. При необходимости выполнения более сложных команд в МП производится их автоматическая сборка из простых. За счет наложения и параллельного выполнения команд все RISC-архитектуры могут обеспечивать быстродействие, равное тактовое частот, т.е. одна команда за один такт.