Kompyuter arxitekturasi fanidan mustaqil ish

Murakkab buyruqlarning shakllanishi
Murakkab buyruqlarning shakllanishi 70-yillar oxirlariga kelib interpretatsiya yordamida juda murakkab buyruq ustida ko`plab amaliyotlar va izlanishlar olib borildi. Ishlab chiqaruvchilar kompyuterning imkoniyatlari va yuqori darajadagi dasturlash tillarining talablari o`rtasidagi semantik bo`shliqni qisqartirishga urindilar. Lekin hech kim sodda kompyuterlarni yaratish ustida bosh qotirmadi. Faqat IBMning bir guruh tadqiqotchilarigina yuqori samaradorlikka ega bo`lgan mini-kompyuter 801ustida ishlashdi. Biroq, IBM hech qachon bu mini-kompyuterni ishlab chiqarmadi.
1980 yilda Berkli universitetida (UC Berkeley) Devid Patterson va Karlo
Sekvin boshchiligida VLSI interpretatsiya qilishga yo`naltirilmagan protsessorlar
ishlab chiqildi. Ular yangi tushuncha – RISC atamasidan foydalanishni boshladilar,
yangi protsessorni esa RISC 1 deb nomlashdi. Yangi protsessor o`z davridagi qolgan protsessorlardan yangi buyruqlar to`plami bilan farq qilar edi. Bu to`plam orqali tizimning samaradorligiga erishish asosiy maqsad edi.
VLSI (Very-large-scale integration) – yagona chipga minglab tranzistorlarni
to`plagan holda integral sxemani yaratish jarayoni hisoblanadi.
Kompyuter bilan bog`liq bo`lgan yangi tushunchalar va g`oyalar kirib kela
boshladi. Shulardan biri bu buyruqlarni bajarilishi va samaradorlik o`rtasidagi
bog`liqlik edi. Dastlab oddiy buyruqlarning tezkor bajarilishiga katta ahamiyat
berildi. Biroq, tez orada kompyuterlar uchun tez “yuklanuvchi” buyruqlarni ishlab
chiqish samaradorlikning eng asosiy omili ekanligi tushunib yetildi. Bu bilan qaysidir buyruqning qancha vaqt davomida bajarilishi emas, balki bir sekundda nechta buyruq bajarilishi muhim ekanligi belgilandi.
CISC arxitekturasi
CISC arxitekturasining asosiy g'oyasi uning nomi - "buyruqlarning to'liq to'plami" da aks etadi. Ushbu arxitektura har bir mumkin bo'lgan (odatiy) ma'lumotlarni qayta ishlash harakati uchun alohida mashina ko'rsatmasiga ega bo'lishga intiladi.
Tarixiy jihatdan CISC me'morchiligi birinchilardan biri bo'lgan. Protsessorlarning takomillashtirilishi imkon qadar ko'proq turli xil ko'rsatmalarni bajarishga qodir VMlarni yaratish yo'lidan bordi. Bu assambleya tilida dasturlar yozgan dasturchilarning ishini soddalashtirdi (ya'ni deyarli mashina ko'rsatmalari darajasida). Murakkab buyruqlardan foydalanish dastur hajmini va ishlab chiqish vaqtini qisqartirishga imkon berdi. Natijada, CISC protsessorlarini tashkil etishning quyidagi xususiyatlari rivojlandi: har biri markaziy protsessorning bir necha tsikllarida bajariladigan turli xil mashina ko'rsatmalari (yuzlab); dasturlashtiriladigan mantiq bilan boshqarish moslamasi; oz sonli umumiy foydalanish registrlari (RON); turli uzunlikdagi turli xil buyruq formatlari; ikki manzilli adreslashning ustunligi; bilvosita adreslashning turli usullarini o'z ichiga olgan operandlarni adreslash mexanizmi ishlab chiqilgan.
Ammo CISC yondashuvi ba'zi bir buyruqlarni faqat apparatda bajarilishini imkonsiz qildi (bunday vositalarning murakkabligi bilan). Natijada, protsessorlarda bloklar paydo bo'ldi, "tezda" eng murakkab ko'rsatmalarni oddiyroq ko'rsatmalar ketma-ketligi bilan almashtirdi. Bundan tashqari, amaliyot shuni ko'rsatdiki, dasturlarni yozishda ko'plab murakkab buyruqlar oddiygina talab qilinmagan. Va nihoyat, buyruqlarning juda murakkabligi va ularning ko'pligi tufayli VM boshqaruv moslamasi faqat dasturlashtiriladigan mantiq asosida, ya'ni "sekin" boshqaruv xotirasi yordamida tuzilishi kerak edi. Oxirgi holat protsessorning soat chastotasini oshirish imkoniyatlarini sezilarli darajada chekladi. Ushbu omillarning barchasi RISC arxitekturasi tomon burilishga olib keldi. Shu bilan birga, CISC me'morchiligining bir qator shubhasiz afzalliklari o'z dolzarbligini saqlab qoladi (birinchi navbatda, dasturiy ta'minot ishlab chiqaruvchilari nazarida). Shuning uchun etakchi VM ishlab chiqaruvchilari (Intel, AMD, IBM va boshqalar) o'zlarining so'nggi ishlanmalarida hali ham CISC yondashuvidan voz kechmaydilar.
CISC-arxitekturasi bilan tizimlar bir qator kamchiliklarga ega. Bu JAV bilan tuzilganidan so'ng olingan dasturlarni yaxshiroq tahlil qilishni talab qildi. Bir qator tadqiqotlar o'tkazildi, buning natijasida qiziqarli naqshlar aniqlandi:
1) SRW operatorlariga mos keladigan murakkab buyruqlar bajarilishi, dasturiy ta'minot dasturida boshqarish ROMining imkoniyatlarini oshirishni talab qiladi;
2) kompilyatsiya qilingan dasturda HLM operatorlari protseduralar (subroutines) shaklida amalga oshiriladi, shuning uchun protsedura chaqirish operatsiyalari va undan qaytarish hisoblash yukining 15 dan 45 foizigacha hisob beradi;
3) hisoblash paytida operatsiyalarning qariyb yarmi ro'yxatga olish, xotira xujayralari yoki registrlar va xotira o'rtasidagi ma'lumotlarni uzatishni qisqartiruvchi topshirish operatsiyalari.
4) dasturni tashkil etadigan buyruqlar ko'pchilik (90-95% dan ko'p) mashinalar buyrug'i tizimining nisbiy ixcham qismini tashkil qiladi (20%);
5) har bir operatsiya bir (kamida ikki) davrda amalga oshirilishi uchun, nisbatan kichik buyruqlar majmuasini apparat bilan samarali tarzda amalga oshirilishi mumkin.
Tadqiqot natijalarini batafsil tahlil qilish an'anaviy me'morchilik echimlarini jiddiy qayta ko'rib chiqishga olib keldi va natijada paydo bo'ldi buyruqni o'rnatish me'yorlarini kamaytiradi (RISC - Kompyuterni kamaytirish ko'rsatmalari).