Класифікація за місцем зберігання операндів

У обчислювальних машинах, де реалізована АСК на базі стека (їх зазвичай називають стековими), операнди вибираються із двох верхніх осередків стікової пам'яті. Результат операції заноситься у вершину стека. Принцип дії стічної машини пояснимо на прикладі обчислення виразу:

При описі обчислень з використанням стека зазвичай використовується інша форма запису математичних виразів, відома як зворотна польська нотація, яку запропонував польський математик Я. Лукашевич. Особливість її в тому, що у виразі відсутні дужки, а знак операції розташовується не між операндами, а слідує за ними (постфіксна форма). Послідовність операцій визначається їх пріоритетами. Розглянуте вище вираз у польській нотації набуде вигляду:

Дана форма запису однозначно визначає порядок завантаження операндів та виконання операцій у стіковій архітектурі. Порядок виконання команд у стіковій АСК представлений малюнку 2.5.

класифікація

Для виконання арифметичної або логічної операції на вхід АЛУ подається інформація, зчитана з двох верхніх осередків стека (при цьому вміст стека просувається на дві позиції вгору, тобто операнди зі стека видаляються). Результат операції заштовхується у вершину стека. Можливий варіант, коли результат відразу ж переписується в пам'ять за допомогою операції, що виконується автоматичноpop х.

Верхні осередки стекової пам'яті, де зберігаються операнди і куди заноситься результат операції, зазвичай робляться більш швидкодіючими і розміщуються в процесорі, тоді як решта стека може розташовуватися в основній пам'яті і частково навіть на магнітному диску.

зберігання

Архітектура ЕОМ на основі стекової АСК

З іншого боку, стекова АСК за визначенням не передбачає довільногодоступу до пам'яті, через що компілятор важко створити ефективний програмний код, хоча створення самих компіляторів спрощується. З іншого боку, стек стає «вузьким місцем» ЕОМ щодо підвищення продуктивності.

Для завантаження в акумулятор вмісту коміркихпередбачена команда завантаженняload x.За цією командою інформація зчитується з комірки пам'ятіх,вихід пам'яті підключається до входів акумулятора і відбувається занесення лічених даних в акумулятор.

Запис вмісту акумулятора в коміркухздійснюється командою збереженняstore х,при виконанні якої виходи акумулятора підключаються до шини, після чого інформація з шини записується в пам'ять.

місцем

Архітектура ЕОМ на основі акумуляторної АСК

Для виконання операції в АЛУ проводиться зчитування одного з операндів з пам'яті регістр даних. Другий операнд знаходиться в акумуляторі. Виходи регістру даних та акумулятора підключаються до відповідних входів АЛП. Після закінчення запропонованої операції результат з виходу АЛУ заноситься до акумулятора.

Достоїнствами акумуляторної АСК можна вважати короткі команди та простоту декодування команд. Однак наявність всього одного регістру породжує багаторазові звернення до основної пам'яті.

У машинах даного типу процесор включає масив регістрів (реєстровий файл), відомих як регістри загального призначення (РОН), Ці регістри, в якомусь сенсі, можна розглядати як явно керований кеш для зберігання нещодавно використовуваних даних.

Порівняння варіантів розміщення операндів

Реєстрова архітектура допускає розташування операндів в одному з двох запам'ятовувальних середовищ: основної пам'яті або регістрах. З урахуванням можливого розміщення операндів у рамках регістрових АСКвиділяють три підвиди команд обробки:

Варіант «реєстр-реєстр» є основним у обчислювальних машинах типу RISC, Команди типу «реєстр-пам'ять» характерні для CISC-машин. Нарешті, варіант «пам'ять-пам'ять» вважається неефективним, хоч і залишається в найскладніших моделях машин класу CISC.

місцем

2.8 Архітектура ЕОМ на основі регістрової АСК

Операції завантаження регістрів з пам'яті та збереження вмісту регістрів у пам'яті ідентичні таким же операціям з акумулятором. Відмінність полягає у етапі вибору потрібного регістру, що забезпечується відповідними селекторами.

Виконання операції в АЛУ включає:

  • вибір регістру першого операнда;
  • визначення розташування другого операнда (пам'ять чи регістр);
  • подачу на вхід АЛУ операндів та виконання операції;
  • вибір регістру результату та занесення до нього результату операції з АЛП.

Звернемо увагу на те, що між АЛУ та регістровим файлом повинні бути принаймні три шини (рисунок 2.8).

До переваг реєстрових АСК слід віднести: компактність одержуваного коду, високу швидкість обчислень за рахунок заміни звернень до основної пам'яті на звернення до швидких регістрів. З іншого боку, ця архітектура вимагає більш довгих інструкцій порівняно з акумуляторною архітектурою.

Архітектура з виділеним доступом до пам'яті

Склад та інформаційні тракти ЕОМ з виділеним доступом до пам'яті відповідають малюнку 2.8. Дві з трьох шин, розташованих між масивом РОН та АЛУ, забезпечують передачу в арифметико-логічний пристрій операндів, що зберігаються у двох регістрах загального призначення. Третя служить для занесення результату виділений при цьому регістр. Ці ж шини дозволяють завантажити в регістри вмістосередків основної пам'яті та зберегти в ВП інформацію, що знаходиться в РОН.

7. Класифікація архітектур процесорів за потужністю системи команд. CISC- та RISC-архітектури та їх основні особливості. Моделі сучасних CISC- і RISC-процесорів та їх сфери застосування.

Залежно від потужності використовуваної системи команд виділяють два види процесорів:

CISC (Complex Instruction Set Computer – комп'ютер з повним набором команд)

RISC (Reduced Instruction Set Computer - комп'ютер зі скороченим набором команд)

Процесори сімейства Intel 80х86 є класичним напрямком комп'ютерів з CISC-архітектурою.

При зародженні RISC-архітектури (початок 70-х) вона справді відповідала своєму найменуванню (потужність системи команд становила трохи більше 100 різних типів команд, тоді як CISC-архітектура мала потужність системи команд до 300 команд). Сучасні моделі RISC-процесорів мають потужність системи команд, що не поступається CISC. В даний час основною ознакою RISC-архітектури є не так скорочення набору команд, скільки прагнення до виконання переважної більшості команд за один машинний такт.

Під машинним тактом розуміється інтервал часу між двома послідовними синхросигналами, що надходять від генератора і задають темп роботи основних схем процесора. Прийнято вважати, що елементарні дії, що виконуються процесором за один такт, лише в найпростішому випадку відповідають одній машинній команді, і звуться мікрооперації. До найпростіших мікрооперацій можна віднести пересилання між двома регістрами, додавання (віднімання) в АУ і т.п.

У процесорах з RISC-архітектурою поняття мікрооперація (мікрокоманда) стає фактично тотожним поняттям машинної операції(Команди).

Основні особливості СISC-архітектури :

  • наявність у процесорі порівняно невеликої кількості регістрів загального призначення;
  • велика кількість машинних команд, деякі їх апаратно реалізують складні оператори ЯВУ;
  • безліч форматів команд різної розрядності;
  • наявність команд, де обробка радиться із зверненням до пам'яті (реєстр-пам'ять та пам'ять-пам'ять).