6. Cisc-процессоры. Микрокомандный уровень архитектуры.

CISC (англ. Complex instruction Set Computer — компьютер с комплексным набором команд) — концепция проектирования процессоров, которая характеризуется следующим набором свойств:

• нефиксированное значение длины команды;

• арифметические действия кодируются в одной команде;

• небольшое число регистров, каждый из которых выполняет строго определённую функцию.

• наличие в процессоре небольшого числа регистров общего назначения, порядка десятков, в отличие от RISC, где их число измеряется сотнями;

• большое количество машинных команд;

• разнообразие способов адресации;

• разнообразие форматов команд разной разрядности;

• обращение к памяти непосредственно из команд обработки.

Недостатки CISC архитектуры

• высокая стоимость аппаратной части;

• сложности с распараллеливанием вычислений.

Процессору с архитектурой CISC приходится иметь дело с более сложными инструкциями неодинаковой длины. Выполнение одиночной CISC-инструкции может происходить быстрее, однако обрабатывать несколько таких инструкций параллельно сложнее.

CISC (Complete Instruction Set Computer) – полный набор команд микропроцессора. Состав и назначение их регистров существенно неоднородны, широкий набор команд усложняет декодирование инструкций, на что расходуются аппаратные ресурсы. Возрастает число тактов, необходимое для выполнения инструкций. К процессорам с полным набором инструкций относится семейство х86. Лидером в разработке CISC-процессоров считается компания Intel со своей серией x86 и Pentium. Эта архитектура является практическим стандартом для рынка микрокомпьютеров. Для CISC-процессоров характерно:

• сравнительно небольшое число регистров общего назначения;

• большое количество машинных команд, некоторые из которых нагружены семантически аналогично операторам высокоуровневых языков программирования и выполняются за много тактов;

• большое количество методов адресации;

• большое количество форматов команд различной разрядности;

• преобладание двухадресного формата команд;

• наличие команд обработки типа регистр-память

Процесс функционирования ВМ состоит из последовательности пересылок информации между ее узлами и элементарных действий, выполняемых в узлах. Любое элементарное действие производится при поступлении соответствующего сигнала управления из микропрограммного аппарата устройства управления. Элементарные пересылки или преобразование информации, выполняемые в течение одного такта сигналов синхронизации, называется микрооперацией. В течение одного такта могут выполняться несколько микроопераций. Совокупность сигналов управления, вызывающих микрооперацию, выполняемых в одном такте – называют микрокомандой. Последовательность микрокоманд – микропрограмма. Микропрограммное управление, вид иерархического управления работой цифровых вычислительных машин, при котором каждая команда является обращением к последовательности т. н. микрокоманд, обычно более низкого уровня, чем сама команда. Набор микрокоманд называется микропрограммой и обычно хранится в постоянной памяти ЦВМ, составляющей неотъемлемую часть устройства управления. Записанные в памяти микрокоманды определяют работу всех устройств машины, выбирая в каждом такте нужные совокупности элементарных машинных операций, а последовательность микрокоманд обеспечивает выполнение заданной команды. Микрокоманда может содержать три части: оперативную, в которой указываются управляющие входы всех исполнительных устройств машины; адресную, определяющую адрес следующей микрокоманды с учётом условий логических переходов (передач управления); временную, определяющую время выполнения микрокоманды. При этом код конкретной операции программы совпадает с адресом первой микрокоманды соответствующей микропрограммы. Достоинства М. у. состоят в том, что оно обеспечивает операционную гибкость ЦВМ и возможность изменения системы команд и состава машинных операций в зависимости от особенностей решаемых задач и условий применения машины; позволяет сравнительно престо реализовать различные сложные операции при значительной экономии машинного времени; даёт возможность строить диагностические микротесты для определения с большой точностью места неисправности в машине. Основной недостаток, обусловливающий ограниченное распространение М. у., — необходимость применения быстродействующих запоминающих устройств небольшого объёма (несколько тыс. слов) с временем обращения, соизмеримым с временем выполнения элементарных операций в исполнительных устройствах. В вычислительных машинах 3-го поколения широко используется также метод управления, при котором микропрограмма реализуется с помощью системы устройств, а не в виде команд, записанных в памяти ЭВМ; высокое быстродействие, большие объёмы оперативной памяти и богатое математическое обеспечение этих машин позволяют сделать управление более эффективным, чем при М. у. в ЦВМ 2-го поколения.