Архитектуры микропроцессоров

Существует две основные архитектуры современных процессоров – это архитектуры CISC и RISC. CISC (CISC - Complete Instruction Set Computer) – это процессоры с полным набором команд, RISC (RISC - Reduced Instruction Set Computer) – это процессоры с сокращенным набором команд. Разберемся, чем одна архитектура отличается от другой.

Набор команд CISC был разработан для удобства программистов, которые вынуждены были писать программы для компьютеров на языке Ассемблер. Для ускорения процесса разработки программ в систему команд CISC были введены удобные команды, которые как бы представляли собой подпрограммы. В итоге, команды CISC-процессора имеют разную длину и время выполнения. К тому же CISC-процессор отличается невысокой производительностью, т.к. для выполнения некоторых команд требуется несколько машинных тактов.

В общем случае для CISC-процессоров характерно следующее:

- небольшое число регистров общего назначения;

- большое количество машинных команд, которые выполняются за много тактов;

- большое количество методов адресации;

- большое количество форматов команд различной разрядности;

- наличие команд обработки типа регистр-память.

К процессорам класса CISC относятся широко распространенные в персональных компьютерах процессоры фирм Intel, AMD, Cyrix.

В процессорах с набором команд RISCвсе команды имеют одинаковую длину и формат, а также простую адресацию памяти. Каждая команда выполняет только простые действия за один такт.

В общем случае для для RISC-процессоров характерно следующее:

- отделение команд обработки данных от команд работы с памятью;

- выполнение любой команды занимает небольшое количество машинных тактов (предпочтительно один машинный такт);

- логика выполнения команд с целью повышения производительности ориентируется на аппаратную, а не на микропрограммную реализацию;

- используются команды фиксированной длины и фиксированного формата;

- наличие большого числа регистров, что позволяет большему объему данных храниться в регистрах на процессорном кристалле большее время. Это значительно увеличивает быстродействие процессора.

Проще говоря, сущность архитектуры RISC состоит в том, что в процессоре выполняются простые команды за один такт. При этом любую сложную команду можно разбить на несколько простых. Выполнение простых команд происходит быстрее, чем сложных, причем выполнение простых команд может происходить параллельно. Поэтому быстродействие RISC процессоров в общем случае выше, чем у CISC.

Считается, что в будущем процессоры с архитектурой RISC заменят менее перспективные процессоры с архитектурой CISC.

Существует еще одно понятие архитектуры процессоров, которые мы также рассмотрим. Наверняка вы часто встречались с термином «x86» (мы его несколько раз упомянули выше), или «Intel-совместимый процессор». Что за этим скрывается на самом деле? Современный x86-процессор – это процессор, способный исполнять машинный код архитектуры IA32 (архитектура 32-битных процессоров Intel). Этот код исполнял процессор Intel 80386 (известный как «386-й»). В настоящее время всё программное обеспечение для ПК разрабатывается именно для x86-процессоров. Оно выполняется на любом x86-процессоре, независимо от того, кто его произвел.

Кроме того, у архитектуры IA32 существуют дополнительные наборы команд от разработчика, компании Intel: MMX, SSE, SSE2 и SSE3. Также существуют неофициальные расширенные наборы команд: EMMX, 3DNow! и Extended 3DNow! – их разработала компания AMD.

Все перечисленные дополнительные наборы команд служат для увеличения быстродействия при выполнении некоторых операций. Одна команда из дополнительного набора, как правило, выполняет действие, для которого понадобилась бы небольшая программа, состоящая из команд основного набора.