Kompyuter arxitekturasi” Fanidan Mustaqil ishi

RISC haqida va uning tarixi.
Boshqacha qilib aytganda, protsessor o'zining ko'rsatmalar to'plamidan tashqarida bo'lgan har qanday operatsiyani bajara olmaydi, chunki u uchun apparat yo'q.
Buni yaxshiroq tushunish uchun analogiyadan foydalanamiz. Lampochka misolini olaylik. Lampochka ishlab chiqaruvchisi lampochkani elektr energiyasini yorug'likka aylantirish uchun ishlab chiqdi. Lampochka esa buni amalga oshirishi mumkin, chunki apparat uni tabiiy ravishda qo'llab-quvvatlaydi. Aslini olganda, lampochka faqat elektrni yorug'likka aylantira oladi, boshqa hech narsa emas.
Xuddi shunday, protsessorning ko'rsatmalar to'plami protsessor apparati imkon beradigan operatsiyalar to'plamidir. Masalan, deyarli barcha protsessorlarning ko'rsatmalar to'plamida "Ko'chirish" ko'rsatmasi mavjud. "Ko'chirish" ko'rsatmasi manba saqlash joyidan ba'zi ma'lumotlarni oladi va uni belgilangan saqlash joyiga ko'chiradi.
Avvalo bizga RISC va CISC nima uchun keragligini bilib olishimiz kerak. Uar bizga nima qilib beradi va kompyuterning qaysi qismida ishlaydi?
Bular biznig Protsessorlarimizning arxitekturasiga tegishli, shu sababli protsessor bilan mavzuni boshlaymiz.
Protsessorlar(CPU) bizning kompyuterlarimizning yuragidi va markaziy qismi. Ular bizning hamma qo’lda kiritilgan buyruqlarimizni kompyuterning boshqa qismlari tushunaidgan tilda ularga yetkazib beradi. Qurilmalar tushinishu uchun ular biz kiritgan o’zimiz tushunadigan buyruqlarni kompyuter tiliga o’giradi. Axir qurilmalarga biz hohlagan buyrug’imizni bersak ular shundayligicha tushuna vermaydida misol uchun: windows + R buyrug’i(barcha windowsdagi app larga kirishni tezkor usuli) protsessorga windows + R bo’lib borsada lekin ichkarida bu bite ko’dga o’girilib system tushunadigan holatda boradi. Dunyoda qancha qurilmalar bo’lsa ularni hammasining protsessolarida o’ziga yarasha arxitektura bo’ladi. Ular hozirgi kunda 3 turga bo’linadi:
1.RISC
2.CISC
3.VLIEW
CPU elektr zanjirlarining labirintidir. Ushbu elektr sxemalari protsessorga o'zining mahalliy ko'rsatmalar to'plamini berish uchun ma'lum bir tarzda ishlab chiqilgan. Shunday qilib, u faqat ko'rsatmalar to'plamidagi operatsiyalarni qanday bajarishni biladi, chunki u buni amalga oshirish uchun sxemaga ega.
CPU ma'lum bir operatsiyani bajarishi uchun ushbu operatsiyaga mos keladigan sxema elektr signali orqali ishga tushiriladi. Va kontaktlarning zanglashiga olib kelgandan so'ng, protsessor ushbu sxema bilan bog'liq tartibni bajaradi.
CPU tvit yuborish kabi murakkab operatsiyalarni bajarishi uchun dasturiy ta'minot dasturlari har soniyada millionlab elektr signallarini ishga tushiradi, ularning har biri CPU ko'rsatmalar to'plamidan ma'lum bir ko'rsatmalarga qaratilgan.
Bu erda RIS va MDH tushunchalari paydo bo'ladi.
Agar siz texnologiya ishqibozi bo'lsangiz, Reduced Instruction Set Computer (RISC) va Complex Instruction Set Computer (CISC) so'zlarini eshitgan bo'lishingiz mumkin. Va agar siz kompyuterlar haqida ozgina ma'lumotga ega bo'lsangiz, bu atamalar protsessorni loyihalashning turli usullariga ishora qilishini ham bilishingiz mumkin. Masalan, telefoningizdagi ARM protsessorida RISC arxitekturasi mavjud. Bundan farqli o'laroq, kompyuteringizdagi x86 protsessorida CISC dizayni mavjud.
Ammo RISC va CISC o'rtasidagi farq nima? Keling, biroz chuqurroq o'rganamiz va bilib olaylik.


RISC

Nomidan ko'rinib turibdiki, RISC-ga asoslangan CPU soddalashtirilgan operatsiyalar to'plamiga ega. Ushbu soddalashtirilgan ko'rsatmalar oddiy maqsadlarga erishadi va bajarish uchun faqat bitta tsikl kerak bo'ladi.
Va RISC oddiy ko'rsatmalarga ega bo'lganligi sababli, CPU ushbu ko'rsatmalarni bajarish uchun murakkab sxemaga ega bo'lishi shart emas. Shuning uchun ham RISC dizaynlari apparat jihatidan, amalga oshirish arzonroq.
RISC protsessorini batafsilroq tushunish uchun RISC-ga asoslangan protsessorlarning dizayn tamoyillarini ko'rib chiqaylik.
Birinchidan, RISC protsessorlari har bir ko'rsatmani bitta tsiklda bajaradi.
Ikkinchidan, RISC protsessorlari faqat registrlarda saqlangan ma'lumotlar bilan operatsiyalarni bajaradi. Buning sababi, protsessorning vazifalarni bajarish qobiliyatidagi asosiy to'siqlardan biri protsessor tezligi va asosiy xotira tezligi o'rtasidagi katta nomuvofiqlikdir. Asosiy xotira protsessorga nisbatan juda sekin.
Shunday qilib, agar protsessor asosiy xotirada saqlangan ma'lumotlardan foydalanishi kerak bo'lsa, u qurilmani to'sib qo'yadi va jarayon sekin bo'ladi. RISC dizaynida ma'lumotlar protsessordagi registrlarga yuklanadi va saqlanadi, chunki registrlar asosiy xotiraga qaraganda protsessor tezligiga ancha yaqinroq.
Uchinchidan, RISC ko'rsatmalari etarlicha sodda bo'lib, ko'rsatmalarni soddaroq shakllarga tarjima qilish uchun izohlovchi mikrokod qatlami yo'q.
Va nihoyat, RISC dizaynlari bir vaqtning o'zida bir nechta ko'rsatmalarning qismlarini bajarish uchun quvur liniyasini qo'llab-quvvatlaydi. RISC dizayn protsessorlari yuqori soat tezligiga ega bo'lgani uchun ular juda tezdir. Quvurlarni yotqizish - bu tezlikdan foydalanish va qo'shimcha samaradorlik uchun bir nechta ko'rsatmalarning qismlarini bajarish usuli.
Qisqasi, RISC protsessorlari oddiy ko'rsatmalarga, yuqori soat tezligiga, samarali quvur liniyasi tuzilishiga, registrlarda yuklarni saqlashga ega va ko'rsatmalarni bir tsiklda bajarishi mumkin.
Devid Patterson - RISCning otasi. Bu gap bejizga emas. Chunki Berkeley RISC loyihasida boshlangan dastlabki g'oya Motorola 68000 ning ishini o'rganish edi. Kuzatishlar davomida dasturlarda oddiygina protsessorga o'rnatilgan yo'riqnomalarning aksariyat qismi foydalanilmay qoldi. Misoluchun, Unix tizimi kompilyatsiya qilingan buyruqlar faqat 30% ni ishlatgan. Shuninguchun, Berkeley RISC loyihasi doirasida, faqat eng kerakli ko'rsatmalarni o'z ichiga oladigan bunday protsessorni yaratish rejalashtirildi. Avvaliga ikki turli risc arxitekturalai ishlatildi: RISC I va RISC II Patterson va Berkeley RISC loyihalari. Birinchisida 44 mingdan ortiq tranzistorlar mavjud va ular 4 MGts da ishlaydi. Bunday protsessor kichik dasturlarni ishlab chiqishda o'rtacha ikki barobar tez VAX 11/780 va "tosh" Zilog Z8000 dan to'rt barobar ko'proq samarali bo'ldi. RISC II o'zidan avvalgidan farq qilardi: 39 va 32 orasida. Bu tezroq bo'ldi. VAX protsessorining ustunligi 200% ga, Motorola 68000 esa ba'zi dasturlarda qariyb to'rt baravar tezroq bo'ldi.
RISC (Reduced Instruction Set Computer). Qisqartirilgan buyruqlar to'plami protsessori. Buyruqlar tizimi soddalashtirilgan. Barcha buyruqlar oddiy kodlash bilan bir xil formatga ega. Xotiraga yuklash vayozish buyruqlari orqali erishiladi, qolgan buyruqlar registrturidir Protsessorga keladigan buyruqoldindan maydonlargabo'lingan va qo'shimcha kodlashni talab qilmaydi.
Qo'shimcha komponentlarni kiritish uchun kristalning bir qismi bo'shatiladi. Integratsiya darajasi oldingi me’morchilikka qataganda pastroq , shuning uchun ishlash uchun pastroq soat tezligig ruxsat beriladi. Buyruq RAMni kamroq chalg’itadi, CPU arzonroqdir. Ushbu arxitekturalarda dasturiy ta'minot mosligi mavjud emas. Ushbu texnalogiya CISC texnologiyasiga mos keladigan dasturiy ta'minot sifatida amalga oshirilishi mumkin(masalan, superscalyar texnalogiyasi).
RISC buyruqlari sodda bo'lgani uchun ularni bajarish uchun kamroq eshiklar talab qilinadi, bu esa oxir-oqibat protsessor narxini pasaytiradi. Ammo bugungi kunda dasturiy ta'minotning aksariyati IntelCISCprotsessorlari uchun maxsus yozilgan va tuzilgan.RISC arxitekturasidan foydalanish uchun joriy dasturlar qayta kompilyatsiya qilinishi va ba’zida noldan qayta yozilishi kerak.

RISC ARCHITECTURE-NING AFZALLIKLARI

1. Buyruqlar oqimining tartibsizligini kamaytirish
2. Fazoviy parallellik bilan boyitish

CISC

CISC deyarli barcha asosiy sohalarda RISC ga qarama-qarshidir. Deyarli barcha ish stoli chiplari CISC dizayniga ega.
Birinchidan, CISC dizayn ko'rsatmalari murakkab va shuning uchun simpleks ko'rsatmalariga tarjima qilish uchun mikrokod qatlamini talab qiladi.
Ikkinchidan, CISC ko'rsatmalarini bajarish uchun bir nechta protsessor davrlarini olish mumkin.
Uchinchidan, quvur liniyasi CISC da unchalik samarali emas va CISC ko'rsatmalarining murakkab tabiati tufayli uni amalga oshirish yanada qiyinroq.
Xulosa qilib aytganda, CISC arxitekturasiga ega protsessorlar bitta murakkab ko'rsatmada juda ko'p operatsiyalarni bajarishi mumkin. Ammo ko'rsatma bajarish uchun bir nechta tsikllarni oladi, quvur liniyasida foydalanish qiyinroq va protsessorda juda ko'p sxemalarni talab qiladi.
1980-yillarda chiqarilgan barcha x86 protsessorlar, Motorola yechimlari va kristallarning aksariyati CISC (Complex Instruction Set Computing) arxitekturasiga ega edi. Barcha xususiyatlarning kombinatsiyasi chiplar ishlab chiqarish uchun nafaqat murakkab va qimmatli bo'lishiga, balki ularning ishlash darajasiga ham tushishiga olib keldi. Biroq, tranzistorlar sonini ko'paytirish uchun zarur bo'lgan tezlikni yanada oshirish uchun, texnologik me'yorlar o'zlashtirilib, yanada murakkab echimlar yaratishga imkon bermaydi. Intel bu i486 oilasining chiqarilishi bilan duch keldi. Ishlashni yaxshilash uchun ular protsessor arxitekturasiga o'zgarishlar kiritib, kesh xotirasi, ko'paytirgichlar va quvurlarni qo'shishdi. Muxtasarqilibaytganda, 486-chi "toshlar" RISC arxitekturasining ba'zi "chiplari" ni oldi. Shunga qaramay, amerika kompaniyasining RISC platformasini yaratish bilan hech qanday aloqasi yo'q. Arxitektura yaratilishiga 1980 yildan 1984 yilgacha Berkeley RISC loyihasini boshqargan amerikalik muhandis Devid Pattersonga qarzdor.
CISC (Complex Instruction Set Computer) - yani murakkablashgan buyruqlartoplami.
CISC quyidagi xususiyatlar to’plami bilan tavsiflangan protsessor arxitekturasi kontseptsiyasi:
· Format va uzunlik jihatidan farq qiluvchi juda ko'p buyruqlar;
· Ko'p sonli turli xil adreslash rejimlarini joriy etish;
· Murakkab ko'rsatmalar kodlashi mavjud

CISC protsessori har xil uzunlikdagi yanada murakkab buyruqlar bilan

shug'ullanishi kerak. Bitta CISC buyrug'i tezroq bajarilishi mumkin, lekin bir
nechta CISC buyruqlarini parallel ravishda qayta ishlash qiyinroq. Shuning uchun kuchliroq hardware va kuchliroq protsessor kerak. Bu o’z o’rnida narx jihatdan ham ko’proq talab qiladi. Lekin uning buyruqlar to’plami ixchamligi dastur hajmini pasaytiradi va xotiraga kirish sonini kamaytiradi. Keyingi listimizda bu arxitekturaning kamchiligi va avfsalligi haqida gapiramiz.