Презентация по информатике на тему "Сравнение CISC и RISC архетиктур процессоров" (10-11 кл)

Сравнение CISC и      RISC архетиктур  процессоров

Оглавление   1.  Описание  CISC архитектуры.  2.  Описания RISC архитектуры.  3.  Сравнение CISC и RISC архитектур.  4.  Вывод.

CISC Исторически первые микропроцессоры, появившиеся в  70­х годах XX века, имели относительно простую  систему команд, что объяснялось небольшими  возможностями интегральной схемотехники. По мере  увеличения степени интеграции ИМС разработчики  МП старались расширять систему команд и делать  команды более функциональными, «семантически  нагруженными».

CISC Это объяснялось, в частности, двумя моментами – во­ первых, требованиями экономить память для  размещения программ, оставлять больше памяти под  данные и т.д., а во­вторых – возможностью  реализовать внутри кристалла процессора сложные  инструкции быстрее, чем при их программной  реализации. В результате появились процессоры с  большими наборами команд, причем команды эти  также зачастую являлись достаточно сложными. В  последствии эти МП назвали CISC.

CISC CISC ( Complex instruction set computing, или . complex instruction set  computer — компьютер с полным 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.

Недостатки CISC Наряду с отмеченными преимуществами процессоры CISC  обладали и рядом недостатков, в частности – команды  оказывались сильно неравнозначными по времени  выполнения (разное количество тактов), плохо  конвейеризовывались, требовали сложного (и длительного)  декодирования и выполнения. Для повышения  производительности стали использовать жесткую логику  управления, что отразилось на регулярности и сложности  кристаллов (нерегулярные кристаллы менее технологичны  при изготовлении). На кристалле оставалось мало места  для РОН и КЭШ.

История CISC Типичными представителями являются  большинство процессоров семейства x86. Например :           Intel 8008, Intel 80286, Motorola 68k

Что такое RISC? RISC (Reduced Instruction Set Computer) – архитектура  процессора с сокращённым набором инструкций.  Начало исследований в данной области положено  компанией IBM в 1975 году. Правда фактически, RISC  подобная архитектура была создана Сеймуром Крэйем  в 1964 году и опробована в суперкомпьютере CDC  6600.

RISC   «Сокращённый набор команд» вовсе не означает, что  процессор имеет малое количество инструкций. Это  значит лишь то, что инструкции разделены на  действия, результаты которых могут быть вычислены  за определённый период времени (обычно один такт).

Особенности RISC 1.  Любая операция должна выполняться за один такт, вне  зависимости от ее типа. 2.  Система команд должна содержать минимальное количество  наиболее часто используемых простейших инструкций  одинаковой длины. 3.  Операции обработки данных реализуются только в формате  "регистр­регистр" (операнды выбираются из оперативных  регистров процессора, и результат операции записывается  также в регистр; а обмен между оперативными регистрами и  памятью выполняется только с помощью команд чтения/записи). 4.  Состав системы команд должен быть "удобен" для компиляции  операторов языков высокого уровня .

RISC Новая архитектура была создана для устранения  недостатков CISC архитектуры, но не получила  популярности в то время из­за унификации стандарта  Intelx86 и всех программ выпущенных в то время под  CISC процессоры (точнее нежелания их переписывать  заново, ведь этот процесс ­ затратный).

RISC Вычислительным ядрам больше не нужно было  обращаться к более медленной ОЗУ для занесения и  считывания результатов. Эти цели теперь выполняют  регистры общего назначения, а к оперативной памяти  обращение идёт только в процессе чтения начальных  данных и вывода результатов вычислений.  Поддерживается маршрут «регистр­регистр».

RISC Основной проблемой по  реализации RISC архитектуры  являлась недостаточная  поддержка со стороны софта и  программного обеспечения. Но с  появлением поддержки UNIX  Linux подобных систем, эта  проблема практически решилась.

RISC Самыми известными и успешными представителями  архитектуры RISC являются ARM от разработчика  ARM Holdings. Процессоры с данной архитектурой,  применяемые в абсолютном большинстве мобильных  устройств и даже серверных системах, благодаря  очень низкому энергопотреблению и тепловыделению.

RISC На данный момент, RISC – архитектура является одной  самых распространённых в мире, имея более 40%  мирового рынка. Данный результат в основном  благодаря ARM архитектуре и то, что в современных  мобильных устройствах используются именно  процессоры ARM (в абсолютном большинстве).

RISC CDC 6600 ­ прародитель идеи  RISC процессоров на которых  сейчас работает большинство  электроники : от холодильников  до iPhone.

Сравнение CISC и RISC Появление полноценной RISC архитектуры на  процессорах, позволило упростить конструкцию  вычислительных ядер; уменьшить стоимость, площадь  и при этом увеличить количество регистров общего  назначения; унифицировать команды для  вычислительных ядер и сравнять время выполнения  всех команд, что также позволило воплотить в жизнь  конвейерную обработку инструкций (реализация  сложных инструкций из результатов более простых).

Сравнение CISC и RISC Начиная с Intel 486DX все x86 процессоры имеют  внутреннее ядро RISC, остался только  преобразователь и дополнительные конвейеры,  который на входе преобразует CISC инструкции в  RISC, а на выходе обратно в CISC. Это необходимо из­ за особенностей архитектуры х86, но иногда тормозит  работу процессора и увеличивается количество  транзисторов, площадь и тепловыделение в сравнении  с полноценными RISC процессорами.

Сравнение CISC и RISC

Сравнение CISC и RISC  Сегодня разница в производительности между RISC и  CISC наиболее очевидна в вычислениях с плавающей  точкой, где на микропроцессор падает большая  математическая нагрузка. Высокая  производительность RISC в вычислениях с плавающей  точкой используется в финансово­торговых системах и  сложных инженерных приложениях. Однако для  большинства приложений высокой  производительности вычислений с плавающей точкой  не требуется.

Сравнение CISC и RISC В процессоры с х86 архитектурой встраивается  аппаратный двусторонний “переводчик”,  превращающий команды x86 в команды внутреннего  RISC­процессора. Одна команда x86 может  производить несколько RISC­команд. Исполнение  команд происходит на суперскалярном конвейере по  несколько штук и в несколько потоков одновременно.

Сравнение CISC и RISC

Сравнение CISC и RISC  Такие эмуляции потребовались для увеличения  скорости обработки CISC­команд, ведь практически  любой CISC­процессор уступает RISC­процессору по  количеству выполняемых операций в секунду, и по  затрачиваемому энергопотреблению на одну и ту же  операцию.

Вывод Отсюда следует вывод, что х86 архитектура,  основанная на CISC постепенно исчерпывает себя и  немного тормозит развитие вычислительных  способностей современных систем. К тому же, CISC  процессоры сложны в проектировании и дороги в  производстве + имеют проблемы с полноценным  распараллеливанием вычислений (приходится  постоянно оптимизировать программы).