🗊Презентация Әртүрлі микроархитектураларды тарату. IJVM микроархитектурасы

Лекция 7 Әртүрлі микроархитектураларды тарату. IJVM микроархитектурасы. Жады аймақтары, командалар жиыны, біршиналы және көпшиналы микроархитектура.

Лекция 7 Командалар жүйесінің архитектурасы Командалар жүйесі деп есептеу машинасының толық командалар тізбегін айтамыз. Өз кезегінде командалар жүйесінің архитектурасы (КЖА) деп программистке көрінетін және қолжетімді есептеу машинасының құралдарын айтуға болады. КЖА программалық қамтамаларды өңдеуші керектіктерін аппараттық есептеу машинасы құрушылардың мүмкіндіктерімен сәйкестендіріп қарастыруға болады (сурет 7.1).

Лекция 7 Сурет 7.1. Программалық және аппараттық қаматамалар арасындағы интерфейс ретіндегі командалар жүйесінің архитектурасы

Лекция 7 Нәтижесінде екі жақтын да мақсаты аз уақыт ішінде есептеулерді ең тиімді әдіспен тарату болып табылады, мұндағы басты мақсат командалар жүйесінің архитектурасын дұрыс таңдау болып табылады. Жеңілдетілген трактовкадағы программаларды орындау уақытын (T выч) программадағы командалар саны арқылы анықтауға болады (N ком), бір командаға келетін процессор трактілерінің орташа саны (CPI ), және тактілік периодтың ұзақтығы τ пр келесідегідей есептеледі: T выч = N ком × CPI × τ пр . Құрылған өрнектердің әрбірі командалар жүйесінің архитетурасының аспектілеріне тәуелді болады, ал ол өз кезегінде басқаларға әсер етеді (сурет 7.2), ол КЖА таңдауға өте жауапты қарау керек екендігін ескертеді.

Лекция 7

Лекция 7 Командалар жүйесінің архитектурасының классификациясы Есептеу техникасының даму тарихында өңдеушілер көзқарасы жағынан командалар жүйесінің архиектурасының қандай-да бір түрлерінің пайдаланылуы жағынан өзгерулер байқалуда. Қазіргі кезде пайда болған жағдайларға байланысты КЖА келесідегідей көрсетуге болады сурет 7.3. Жаңа КЖА өту келесі мотивтерге байланысты анықталады, соның ішінде маңызды екеуін қарастырайық. Біріншісі — бұл есептеу машиналарымен орындалатын операциялар құрамы, және олардың қиындығы. Екіншісі — бұл операндтарды сақтау орны, ол деректерді өңдеу командаларының адрестік бөлігін, адрес ұзындығын және санын көрсетуге әсерін тигізеді. Міне осы сипаттамалар командалар жүйесінің архитектурасының көрсеткіштері ретінде алынған.  

Лекция 7

Лекция 7

Лекция 7 CISC-архитектурасында семантикалық бөлінулер командалар жиынының көп болуымен шешіледі, оған IBM компаниясымен шығарылған әмбебап ЕМ (мэйнфрейдер) және Intel компаниясымен шығарылған x86 сериясындағы МП жатады. CISC-архитектуралар үшін: „ процессорда жалпы міндетті регистрлардың санынын салыстырмалы аз болуы; „ машиналық командалардың көп болуы, олардың көп бөлігі аппаратты ЖДТ қиын операторларын тарата алатын болуы; „ операдтарды адресациялау әдістерінің әртүрлілігі; „ әртүрлі разрядтылықтағы командалар форматының көп болуы керек; „ жадыға қатынаумен біріктірілетін өңдеулер кездесетін командалардың болуы керек. Сурет 6.3. Микропроцессорлық жүйе құрылымы

Лекция 7 Бұл архитектураның басты идеясы ЕМ командалар жиынын қарапайым командалармен ауыстырып шектеу, және тек процессор регистрларын ғана пайдалану. Бұл шаралар жылдамдықты арттыруға және аппараттық құраралдарды жеңілдетуге себін тигізді. RISC-архитектурасының элементтері бірінші Cray Research компаниясыныңи CDC 6600 және суперЭВМ пайда болды, сондай-ақ Intel және AMD компаниясының микропроцессорларында да кеңінен қолданылуда, сондықтан CISC және RISC арасындағы айырмашылықтар біртіндеп жойылып келеді.

Лекция 7

Лекция 7 Кесте 7.1. CISC-, RISC- және VLIW-архитекту раларының салыстырмалы бағалануы

Лекция 7 Операндтарды сақтау орны бойынша классификациясы Командалар жиыны және олардың қиындығы маңызды фокторлардың бірі болып табылады, бірақ КЖА таңдауда операндтардың қайда сақталатындығына және оларға қалай қатынау керек екендігіне де көп көңіл бөлу керек. Бұл позициядан командалар жүйесінің архитектурасын келесі түрлерге бөлуге болады: „ стектік; „ аккумуляторлық; „ регистрлік; „ жадыға бөлінген қатынау.

Лекция 7

Лекция 7

Лекция 7

Лекция 7

Лекция 7

Лекция 7 Ақпараттар стек төбесіне АЛҚ немесе негізгі жадыдан алынып жазылады. Стекке жазу үшін push x қолданылады, ол жады ұяшығынан оқиды да деректер регистріне орналастырады. АЛҚ нәтижесі автоматты түрде стек төбесіне жазылып отырады. Стек төбесіндегі деректерді жады ұяшығына сақтау үшін pop x командасы қолданылады. Бұл команда арқылы жоғарғы ұяшық мәні шинаға беріледі, ол арқылы ұяшыққа жазу орындалады, одан кейін стектің барлық құрамы жоғарыға бір позицияға жылжиды. АЛҚ операцияларды орындау үшін АЛҚ кірісіне стектің екі төбесіндегі ұяшығының мәндері алынады. Нәтиже стектің төбесіне жазылады.

Лекция 7

Лекция 7

Лекция 7

Лекция 7

Лекция 7

Лекция 7

Лекция 7 Регистрлік архитектурадағы ЕМ мүмкін болатын ақпараттық таркті және құрылымының командалар жүйесі келесідегідей беріледі (сурет 2.8).   Сурет 2.8. ЖМР базасындағы ЕМ архитектурасы

Лекция 7 Регистрлерді жадыдан жүктемелеу операциялары және регситрдегі мәндерді жадыға сақтау аккумулятордағы операциялармен бірдей. Ерекшелігі тек керекті регистрді таңдау ғана. АЛҚ операцияларды орындау келесілерден тұрады: „ бірінші операндтың орнын анықтау (регистр немесе жады); „ бірінші операндтың регистрінін таңдау немесе бірінші операндты жадыдан оқу; „ екінші операндтың орнын анықтау (регистр немесе жады); „ екінші операндтың регистрінін таңдау немесе екінші операндты жадыдан оқу; „ АЛҚ кірістеріне операндтарды беру және операцияны орындау; „ нәтиженің орнын анықтау (регистр немесе жады); „ нәтиже регистрін таңдау немесе жады ұяшығын әрі АЛҚ нәтижесін жазу.

Лекция 7 Мұнда көңіл бөлетініміз, ол АЛҚ және регистрлік файлдар арасында үш шинаның болуы. Үш шинаның екеуі, ЖМР және АЛҚ арасында орналасқандары, ЖМР немесе жадыдағы деректерді АЛҚ беруді қамтамасыздандырады. Үшіншісі нәтижелерді олар үшін бөлінген регистрге немесе жады ұяшығына жазу үшін қолданылады. Артықшылықтары: алынатын кодтың компактілігі, есептеудің жоғары жылдамдығы (жадыға қатынау жылдам регистрлерге қатынаумен ауыстырылады). Қазіргі кезде қолданылатын архитектуралар жүйесі болып табылады.

Лекция 7 Жадыға бөлінген қатынау архитектурасы Бұл архитектурады негізгі жадыға қатынау тек екі арнайы командалармен орындалады: load и store. Load/Store architecture деп атайды. load (жүктемелеу) командасы негізгі жадыдан мәндерді оқу және оны процессор регистріне орналастыруды қамтамасыздандырады. Ақпараттарды кері бағытта ауыстыру store (сақтау) командасымен орындалады. Барлық командалардағы ақпараттарды өңдеу операндтары тек процессор регистрлерінде ғана бола алады. Оперция нәтижесі де регистрлерге жазылады.

Лекция 7 Сурет 2.9. Бөлінген жадыға қатынауы бар есептеу машиналарының архитектурасы

Лекция 7