Лекция: Классификация ЭВМ по составу и сложности команд. (ОргЭВМ)

Современная технология программирования ориентирована на языки высокогоуровня (ЯВУ), главная цель которых — облегчить процесс программирования.Переход к ЯВУ, однако, породил серьезную проблему: сложные операторы, харак­терные для ЯВУ, существенно отличаются от простых машинных операций, реа­лизуемых в большинстве вычислительных машин. Проблема получила название семантического разрыва, а ее следствием становится недостаточно эффективное выполнение программ на ЭВМ. Пытаясь преодолеть семантический разрыв, разра­ботчики вычислительных машин в настоящее время выбирают один из трех под­ходов и, соответственно, один из трех типов АСК:

1) архитектуру с полным набором команд: CISC (Complex Instruction Set Com­puter);

2) архитектуру с сокращенным набором команд: RISC (Reduced Instruction SetComputer);

3) архитектуру с командными словами сверхбольшой длины: VLIW (Very LongInstruction Word).

В вычислительных машинах типа CISC проблема семантического разрыва ре­шается за счет расширения системы команд, дополнения ее сложными командами, семантически аналогичными операторам ЯВУ. ОсновоположникомCISC-архитек­туры считается компания IBM, которая начала применять данный подход с семей­ства машин IBM 360 и продолжает его в своих мощных современных универсаль­ных ЭВМ, таких как IBM ES/9000. Аналогичный подход характерен и для компании Intel в ее микропроцессорах серии 8086 и Pentium.

Для CISC-архитектуры ти­пичны:

1) наличие в процессоре сравнительно небольшого числа регистров общего на­значения;

2) большое количество машинных команд, некоторые из них аппаратно реализу­ют сложные операторы ЯВУ;

3) разнообразие способов адресации операндов;

4) множество форматов команд различной разрядности;

5) наличие команд, где обработка совмещается с обращением к памяти.

2 \К типу CISC можно отнести практически все ЭВМ, выпускавшиеся до середины1980-х годов, и значительную часть производящихся в настоящее время. Рассмот­ренный способ решения проблемы семантического разрыва вместе с тем ведет кусложнению аппаратуры ЭВМ, главным образом устройства управления, что, в своюочередь, негативно сказывается на производительности ЭВМ в целом. Это застави­ло более внимательно проанализировать программы, получаемые после компиля­ции с ЯВУ. Был предпринят комплекс исследований, в резуль­тате которых обнаружилось, что доля дополнительных команд, эквивалентных операторам ЯВУ, в общем объеме программ не превышает 10—20%, а для некото­рых наиболее сложных команд даже 0,2%. В то же время объем аппаратных средств, требуемых для реализации дополнительных команд, возрастает весьма существенно. Так, емкость микропрограммной памяти при поддержании сложных команд мо­жет увеличиваться на 60%.

3 Детальный анализ результатов упомянутых исследований привел к серьезно­му пересмотру традиционных решений, следствием чего стало появление RISC-архитектуры. Термин RISC впервые был использован Д. Паттерсоном и Д. Дит-целем в 1980 году [177]. Идея заключается в ограничении списка команд ЭВМ наиболее часто используемыми простейшими командами, оперирующими данными, размещен­ными только в регистрах процессорах. Обращение к памяти допускается лишь с помощью специальных команд чтения и записи. Резко уменьшено количество фор­матов команд и способов указания адресов операндов. Сокращение числа форматов команд и их простота, использование ограниченного количества способов адресации, отделение операций обработки данных от операций обращения к памяти позволяет существенно упростить аппаратные средства ЭВМ и повысить их быстродействие. RISC-архитектура разрабатывалась таким образом, чтобы уменьшить Твычза счет со­кращения СКТ и τ. Как следствие, реализация сложных команд за счет последова­тельности из простых, но быстрых RISC-команд оказывается не менее эффективной, чем аппаратный вариант сложных команд вCISC-архитектуре.

Элементы RISC-архитектуры впервые появились в вычислительных машинахCDC 6600 и суперЭВМ компании Cray Research. Достаточно успешно реализует­сяRISC-архитектура и в современных ЭВМ, например в процессорах Alpha фирмыDEC, серии РА фирмы Hewlett-Packard, семействе PowerPC и т. п.

Отметим, что в последних микропроцессорах фирмы Intel и AMD широко ис­пользуются идеи, свойственные RISC-архитектуре, так что многие различия меж­ду CISC и RISC постепенно стираются.

Помимо CISC- и RISC-архитектур в общей классификации был упомянут еще один тип АСК — архитектура с командными словами сверхбольшой длины (VLIW). Концепция VLIW базируется на RISC-архитектуре, где несколько простыхRISC-команд объединяются в одну сверхдлинную команду и выполняются параллельно. В плане АСК архитектура VLIW сравнительно мало отличается отRISC. Появил­ся лишь дополнительный уровень параллелизма вычислений, в силу чего архитек­туру VLIW логичнее адресовать не к вычислительным машинам, а к вычислитель­ным системам.

Указать, какой из приведенных вариантов более соответствует понятию Trigger

А) Процедура, автоматически выполняемая при открытии и закрытии базы данных очередным приложением в многопользовательском режиме.