7.2Risc– процессоры

Для быстрого выполнения программы, написанной на языке высокого уровня, не нужны сложные машинные команды - гораздо более важно сократить время выполнения наиболее часто используемых команд. Этот принцип был положен в основу RISC-архитектуры, которая представляет собой улучшенный вариант неймановской архитектуры. Благодаря сокращению набора команд упрощаются аппаратные схемы, а значит, обеспечивается оптимизация выполнения часто используемых команд. Кроме того, за счет применения большого числа регистров уменьшается частота (число) доступов к памяти, что также позволяет повысить скорость выполнения команды.

Таким образом основная идея RISC процессоров – малый фиксированный набор быстрых команды позволяет не только резко сократить набор машинных команд, отметим, что сокращение до 32 команд сокращает так же до 5 битов длину кода операции, но и сократить набор схем, реализующих команды, что позволяет при той же степени интеграции СБИС увеличить количество регистров и объем кэш-памяти.

Типичные представители этих машин: компьютер RISC Калифорнийского университета в Беркли, IBM 801, MIPS Станфордского университета, μ3L Университета шт. Юта, RIDGE 32 - фирмы Midge, Pyramid 90X фирмы Pyramid и др. RISC-архитектуру имеет и транспьютер фирмы «Инмос» - 32-разрядный процессор, спроектированный с оптимальным набором команд, позволяющим использовать язык высокого уровня Оккам.

7.3 Теговые машины

Одним из факторов, усложняющих разработку программного обеспечения, является наличие большого различия между понятиями операций и ихобъектов на языке программирования высокого уровня и понятиями операций и их объектов, определяемыми архитектурой компьютера. Это отличие носит название семантического разрыва. Иначе говоря, если на языке высокого уровня можно описать различные операции и типы данных, то в неймановской архитектуре разницы между программами и данными нет, как нет и разницы между типамиданных. Это обстоятельство тяжелым бременем ложится на плечи программиста при составлении программы. И впоследствии оно является причиной усложнения отладки программы. Из-за отсутствия различий в типах данных и между программами и данными нельзя обнаружить, была ли ошибка связана с выполнением команды или с обращением к данным. Нельзя также обнаружить, выполняются ли данные в качестве команды или что к команде осуществляется обращение, как к данным.

Для решения этой проблемы Илифф предложил с помощью некоторого алгоритма добавлять ко всем данным информацию, необходимую для того, чтобы идентифицировать их как данные, использовать вместо линейного адресного пространства памяти структурированное пространство и добавлять к каждому элементу памяти информацию, показывающую атрибут этого элемента. Эта дополнительная информация получила название «тег». Машины, основанные на этом принципе, называют теговыми машинами. Так, различные типы данных характеризуютсясвоими тегами, а однотипные команды, отличающиеся только типами операндов, никак не различаются.Например, программисту нет необходимости различать командыADD(сложения) с плавающей и фиксированной запятой, как в CISCпроцессорах: машина это сделает автоматически, проверив типы операндов. В случае обращения с массивами данных добавляется такая теговая информация, как длина, ширина массива, индексы, а выход за пределы массива автоматически контролируется машиной при обращении к данным.

Майерс предложил проект SWARD - машины, в которой идеи теговых машин получили свое дальнейшее развитие.

В SWARD-машине данные представлены структурным элементом, называемым ячейкой. На рис. 7.1 приведен пример ячейки. Каждая ячейка состоит из поля тега и поля данных. Численные значения представлены в двоично-десятичном коде, и один разряд десятичного числа представлен четырьмя двоичными разрядами (битами). Память разбита на 4-разрядные единицы, которые называются признаками. Разрядность данных, указанных в поле тега, выражается числом признаков. Положительный знак числа выражается кодом 0000, отрицательный - 0001. Если используются массивы данных, то в поле тега указываются размерность массива, тип ячейки элемента массива, длина каждого измерения. Если элементом массива является целое число, то к типу ячейки после 1111 добавляется информация о длине числа. В SWARD-машине теговая информация используется не только применительно к данным, но и применительно к программным модулям.

Представление данных в теговых машинах

Рис 7.1