 |
Классификация архитектур системы команд
|
|
|
|
ЭВМ и периферийные устройства
Лектор: доц. Осмоналиев А.Б.
Лекция 3. (2 часа)
Тема. Архитектура системы команд. Классификация архитектур системы команд. Классификация по составу и сложности команд. Классификация по месту хранения операндов.
Архитектура системы команд.
Системой команд вычислительной машины называют полный перечень команд, которые способна выполнять данная ВМ. В свою очередь, под архитектурой системы команд (АСК) принято определять те средства вычислительной машины, которые видны и доступны программисту. АСК можно рассматривать как линию согласования нужд разработчиков программного обеспечения с возможностями создателей аппаратуры вычислительной машины (рис. 1).
Рис. 1. Архитекетура системы команд как интерфейс
между программным и аппаратным обеспечением
В конечном итоге, цель тех и других — реализация вычислений наиболее эффективным образом, то есть за минимальное время, и здесь важнейшую роль играет правильный выбор архитектуры системы команд.
В упрощенной трактовке время выполнения программы (Tвыч) можно определить через число команд в программе (Nком), среднее количество тактов процессора, приходящихся на одну команду (CPI), и длительность тактового периода (τпер):
Tвыч = Nком х CPI х τпер
Каждая из составляющих выражения зависит от одних аспектов архитектуры системы команд и, в свою очередь, влияет на другие (рис. 2), что свидетельствует о необходимости чрезвычайно ответственного подхода к выбору АСК.
Рис. 2. Взаимосвязь между системой команд и факторами,
определяющими эффективность вычислений
Общая характеристика архитектуры системы команд вычислительной машины складывается из ответов на следующие вопросы:
|
|
|
1. Какого вида данные будут представлены в вычислительной машине и в
какой форме?
2. Где эти данные могут храниться помимо основной памяти?
3. Каким образом будет осуществляться доступ к данным?
4. Какие операции могут быть выполнены над данными?
5. Сколько операндов может присутствовать в команде?
6. Как будет определяться адрес очередной команды?
7. Каким образом будут закодированы команды?
Здесь предметом нашей лекции является обзор наиболее распространенных архитектур системы команд, как в описательном плане, так и с позиций эффективности. Исходя из [2] рассмотрим доступные статистические данные, позволяющие дополнить качественный анализ различных АСК количественными показателями. Большинство представленных статистических данных почерпнуто из общепризнанного источника - публикаций Д. Хеннеси и Д. Паттерсона. Данные были получены в результате реализации на вычислительной машине DEC VA X трех программных продуктов: компилятора с языка С GCC, текстового редактора ТеХ и системы автоматизированного проектирования Spice. Считается, что GCC и ТеХ показательны для программных приложений, где превалируют целочисленные вычисления и обработка текстов, a Spice может рассматриваться как типичный представитель вычислений с вещественными числами. С учетом того, что архитектура вычислительной машины VAX в известном смысле уже устарела, Хеннеси и Паттерсоном, а также приверженцами их методики были проведены дополнительные исследования, где программы GCC, Spice и ТеХ выполнялись на более современной ВМ, в частности MIPS R2000. Доступные данные для этого варианта также приводятся.
Классификация архитектур системы команд
В истории развития вычислительной техники как в зеркале отражаются изменения, происходившие во взглядах разработчиков на перспективность той или иной архитектуры системы команд. Сложившуюся на настоящий момент ситуацию в области АСК иллюстрирует рис. 3.
|
|
|
Рис. 3. Хронология развития архитектур системы команд
Среди мотивов, чаще всего предопределяющих переход к новому типу АСК, остановимся на двух наиболее существенных. Первый - это состав операций, выполняемых вычислительной машиной, и их сложность. Второй - место хранения операндов, что влияет на количество и длину адресов, указываемых в адресной части команд обработки данных. Именно эти моменты взяты в качестве критериев излагаемых ниже вариантов классификации архитектур системы команд.
|
|
|
