КЛАСИФІКАЦІЯ АРХІТЕКТУР

За форматам використовуваних команд (інструкцій) можна виділити наступні види архітектур:

  • CISC-архітектура властива комп'ютерів з набором складних команд (Complex Instruction Set Computer). Вона реалізована в багатьох типах мікропроцесорів (наприклад, Pentium), що виконують великий набір різноформатних команд з використанням численних способів адресації. Система команд процесорів з CISC-архітектурою може містити кілька сотень команд різного ступеня складності (від 1 до 15 байт) і використовувати велику кількість різних способів адресації, що дозволяє програмісту реалізувати найбільш ефективні алгоритми вирішення різних завдань. Недолік CISC-архітектури обумовлений тим, що подальше її розвиток пов'язаний з істотним ускладненням структури мікропроцесора, підвищенням його вартості і збільшенням витрат часу на виконання програми;
  • RISC-архітектура відноситься до комп'ютерів зі скороченим набором команд (Reduced Instruction Set Computer). Поява RISC-архітектури продиктовано тим, що багато CISC-команди і способи адресації використовуються досить рідко. Сучасні RISC-процесори реалізують близько 100 команд, що мають фіксований формат довжиною 4 байта, і використовують невелику кількість найбільш простих способів адресації (реєстрову, індексний і деякі інші). Для скорочення кількості звернень до зовнішньої оперативної пам'яті RISC-процесори містять десятки і сотні регістрів загального призначення (РОН), тоді як в CISC-процесорах всього 8-16 регістрів. Звернення до зовнішньої пам'яті в RISC-процесорах використовується тільки в операціях завантаження даних в РОН або пересилання результатів з РОН в пам'ять. В результаті істотно спрощується структура мікропроцесора, зменшуються його розміри і вартість, а також значно підвищується продуктивність. Завдяки зазначеним перевагам в багатьох сучасних CISC-процесорах використовується RISC-ядро. При цьому складні CISC-команди попередньо перетворюються в послідовність простих RISC-операцій і швидко виконуються RISC-ядром;
  • VLIW-архітектура властива до мікропроцесорах, в яких використовуються дуже довгі команди (Very Large Instruction Word), окремі поля який містять коди, що забезпечують виконання різних операцій. Одна VLIW-команда може виконати відразу кілька операцій одночасно в різних вузлах мікропроцесора. Формування довгих VLIW-команд забезпечує відповідний компілятор при трансляції програм, написаних на мові високого рівня. VLIW-архітектура реалізована в деяких типах сучасних мікропроцесорів і вважається досить перспективною для створення нового покоління сверхвисокопроізводітельних процесорів.

За способом організації вибірки команд і даних розрізняють два види архітектур:

  • Прінстонського архітектуру, або архітектуру Фон-Неймана, особливістю якої є використання:
    • - загальної оперативної пам'яті для зберігання програм, даних і організації стека, що дозволяє оперативно і ефективно перерозподіляти її обсяг в залежності від розв'язуваних завдань в кожному конкретному випадку застосування мікропроцесора,
    • - загальної системної шини, по якій в процесор надходять команди і дані, а в оперативну пам'ять записуються результати, що значно спрощує налагодження, тестування і поточний контроль функціонування системи, підвищує її надійність. Однак використання загальної шини для передачі команд і даних обмежує продуктивність цифрової системи;
  • гарвардську архітектуру, особливістю якої є фізичне розділення пам'яті команд (програм) і пам'яті даних. Ця обставина викликано постійно зростаючими вимогами до продуктивності мікропроцесорних систем. Пам'ять команд і пам'ять даних з'єднуються з процесором окремими шинами. Завдяки розподілу потоків команд і даних, а також поєднання операцій їх вибірки і записи результатів обробки забезпечується більш висока продуктивність, ніж при використанні Прінстонської архітектури. До недоліків гарвардської архітектури слід віднести ускладнення конструкції через використання окремих шин для команд і даних; фіксований обсяг пам'яті для команд і даних; збільшення загального обсягу пам'яті через неможливість її оптимального перерозподілу між командами і даними.

Гарвардська архітектура знайшла широке застосування в мікроконтролерах - спеціалізованих мікропроцесорах для управління різними об'єктами, а також у внутрішній структурі сучасних високопродуктивних мікропроцесорів в кеш-пам'яті з роздільним зберіганням команд і даних. У той же час у зовнішній структурі більшості мікропроцесорних систем реалізуються принципи Прінстонської архітектури.

Відзначимо, що архітектура мікропроцесора тісно пов'язана з його структурою. Реалізація тих чи інших архітектурних особливостей вимагає введення в структуру мікропроцесора відповідних пристроїв і забезпечення механізмів їх спільного функціонування.

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >