Techniki Komputerowe : biuletyn informacyjny. R. 24. Nr 4

(1)

B I U L E T Y N I N F O R M A C Y J N Y

C E N T R A L A TELEFONICZNA

M o n ito r kontrolny

Łącznica telefoniczna

Stanowisko redakcyjne

O V

/Mikrokomputer

M

O D

E M

O d b i o r n i k T V

D e k o d e r video t ekstowy

Urządzenie Klawiatura zdalnego rozbudowana sterowania

INSTYTUT MASZY N M AT EM ATYC Z N YC H BRANŻOWY OŚRODEK INTE

i

(2)

R y s u n e k n a o k ł a d c e : S c h e m a t s y s t e m u Y i d e o t e k s i

D r u k I M M z a m . 1 2 5 / 8 6 n a k ł . 6 7 o e g * .

(3)

T E C H N I K I K O M P U T E R O W E

R . XXIV ' K r 4 1986

S p i s t r e ó o l

s t r . ROKICKI A..: RISC — nowa t e n d o n o j a w k o n s t r u k o j i m a sz y n c y f r o w y c h ... 3 PAPST A , : W i d e o t e k s t - r o z w ó j i p r z y k ł a d y z a s t o s o w a ń . . . 17 MAŁYSIAK I I . , TKWAK K . , POCHOPIEŃ B . , STEdŹYNA P . : S t e r o w n i k p s r n i ę c i dyskow ych

MERA 9 4 2 5 / 9 4 5 0 d l a sy stem ó w m ik ro k o m p u t e r o w y c h ETDS-S/ComPAK—8 . . . 25 Kowoóoi t e c h n i c z n e . O p r a ć . RYŻKO J . ... 35 S p r a w o z d a n i a

I I K r a jo w a K o n f e r e n o j a " I n f o r m a t y k a w s z k o l e " . O p r a o , W. B a b o z e n k o , J . P c l o ,

A. B a f f ... 47

M ię d z y n a ro d o w a K o n f e r e n c j a Kciukowa " P r o b le m y k o m p u t e r y z a c j i p r o j e k t o w a n i a

u r z ą d z e ń e l e k t r o e n c r g e t y o z n y o h " . O p r a ć . S . B o n k o n i c z —S i t t a u e r ... 53 Sympozjum " P r z y k ł a d y z a s t o s o w a n i a ko m p u te ro w e g o w spom a gania w b u d o w ie m a s z y n " .

O p r a ć . S . B o n k o w i c z - S i t t a u e r ... 54

(4)

D W U M I E S I Ę C Z N I K

WydaJo:

I N S T Y T U T M A S Z Y N M A T E M A T Y C Z N Y C H

Branftowy O d ro d e k I n f o r m a c j i N aukowej T e c h n i c z n e j i E k o n o m i c z n e j

K o m i t e t R e d a k c y j n y

d r I n t . S t a n i s ł a v ; a BONKOWICZ-SITTAUER ( r o d a k t o r n a c z e l n y ) , mgr Hanna DROZDOWSKA ( s e k r e t a r z r e d a k c j i )

mgr ins',. Z d z i s ł a w GROCHOWSKI m gr I n t . Zygmunt HAUSWIRT m g r ' i d * . J a n KLIMOWICZ d r i n * . P i o t r PERKOWSKI mgr i n ż . Romuald SYNAK

A d r e s r e d a k c j i

u l . K r z y w i c k i e g o 24» 0 2 - 0 7 8 W arszawa

t e l . 2 8 - 5 7 - 2 9 , 2 1 - 8 4 - 4 1 w . 244- - s e k r . r e d . , w . 211 - r e d . n a c z .

(5)

T E C H N I K I K O M P U T E R O W E 4/86

d r A n d r z e j ROKICKI

I n s t y t u t Maszyn M a te m a ty o z n y o h

I

RISC

noina tendencja uj konstrukcji maszyn cyfroinych

W s tęp

Od p a n i l a t d a j e s i ę zauważyó now ą t e n d e n o j ę w k o n s t r u o w a n i u m aszyn o y f r o w y o h , o d b i e g a j ą c ą z n a o z n i e od w i e l o l e t n i e j t r a d y c j i . D o t y o h e z a s budowano m a szyny o o r a z b a r d z i e j s k o m p l i k o w a n e , z a w i e r a j ą c e o o r a z w i ę k s z ą l i o z b ę z ł o ż o n y c h i n s t r u k o j i , wpro wadzano o o r a z b a r d z i e j r o z b u d o w a n e t r y b y a d r e s o w a n i a o r a z d o p u s z c z o n o o p e r a o j e n a r ó ż n y c h t y p a o h 1 s t r u k t u r a c h d a n y c h . D l a t e g o t y p u m a szy n p r z y j ę ł o s i ę w l i t e r a t u r z e a n g l o J ę z y o z n e J o k r e d l e n l e CISC (Com plex I n s t r u o t i o n S e t C o m p u t e r ) .

O s t a t n i o o o r a z w i ę c e j z w o le n n ik ó w w k o n s t r u k c j i m a sz y n o y f ro w y o h zdobywa t e n d e n o j a u p r a s z o z a n i a i n s t r u k c j i , z m n i e j s z a n i a l i 3 t y i n s t r u k o j i i o g r a n l o z a n i a t r y b ó w a d r e s o w a n i a . Główny n a o i s k k ł a d z i e s i ę n a s t a ł y f o r m a t i n s t r u k c j i i o g r a n i c z e n i e c z a s u i c h wykonywania do j e d n e g o c y k l u m a s z y n o w e g o . U w y ją t k o w y o h t y l k o w ypadka ch d o p u s z c z a s i ę i n s t r u k o j e o c z a s i e w y k o n a n ia d ł u ż s z y m n i ż J e d e n o y k l maszynowy ( n a o g ó ł n i e p r z e k r a o z a s i ę d w ó o h ). D la t e g o t y p u m a szy n w l i t e r a t u r z e a n g l o j ę z y o z n e J p r z y j ę ł o s i ę o k r e d l e n l e RISC ( R e d u o e d I n s t r u o t i o n S e t C o m p u t e r ) .M a s z y n y ta z r e g u ł y m a j ą i n s t r u k o j e t r ó j a d r e s o w e .

l i c z b a i z ł o ż o n o d ó i n s t r u k o j i j e s t z J e d n ą z c e c h r o z r ó ż n i a J ą o y o h maszyny- t y p u RISC i CISC. Tfydaje s i ę w ięo o e l o w e w y j a d n l e n i e , o o b ę d z ie m y r o z u m i e l i p r z e z o k r e d l e n l a : " i n s t r u k — o j a p r o s t a " i " i n s t r u k o j a z ł o ż o n a " . P o w s z e c h n i e p r z y j m u j e s i ę , że i n s t r u k o j e p r o s t e o h a r a k - t e r y z u j ą s i ę :

• d u ż ą o z ę 3 t o d o i ą w y stę p o w a n ia , O n i s k i m k o s z t e m r e e l i z a o j i , 9 k r ó t k i m cz asem w y k o n a n ie , 9 u n i w e r s a l n o d o i ą ,

• n i s k i m poziomem se m a n ty o z n y m .

N a t o m i a s t i n s t r u k o j e z ł o ż o n e o h a r a k t e r y z u j ą s i ę : O m a łą o z ę 3 t o d o i ą w y s t ę p o w a n ia ,

9 wysokim k o s z te m r e e l i z a o j i , O d ł u g i m o z a s e m w y k o n a n i a ,

• m a ł ą u n i w e r s a l n o d o i ą ,

9 w ysokim 'poziom em sem antyo znym .

O o z y w l d o i e , s ą t e ż i n s t r u k c j e w y w o łu ją o e n ą t p l i w o d o i , o z y n a l e ż y j e s k l a s y f i k o w a ó Jako I n s t r u k o j e p r o s t e o z y t e ż Ja k o z ł o ż o n e .

P i e r w s z a m a s z y n ą t y p u RISC b y ł a IBM 8 0 1 . P r a o e n a d n i ą r o z p o o z ę t o w 1975 r . , a z a k o f t- o z o n o w 1 9 8 0 . O s t a t n i o f i r m a IBM o p r a o o w a ł a k o m p u te r p e r s o n a l n y IBM PC RT z a w i e r a j ą o y w p e ł n i 32—b i t o w y p r o c e s o r RISC w s p ó ł p r a o u j ą c y z p r o o e s o r e m PC AT. P i e r w s z y m i m i k r o p r o o e s o r a m i t y p u RISC b y ł y 32—b i t o w e ml k r o p r o c e s o r y RISC I i RISC I I o p r a c o w a n e w B e r k e l e y w U n i v e r s i t y o f

C a l i f o r n i a .

O p ra o o w an lo m i k r o p r o c e s o r a RISC I r o z p o o z ę t o w 1980 r . TT r o k u n a s t ę p n y m n a S t a n f o r d U n i v e r s i t y r o z p o o z ę t o o p r a c o w y w a n ie 3 2 - b i t o w e g o m i k r o p r o o e a o r a RISC n az w an e g o MIPS, od s k r ó t u z a s a d y d z i a ł a n i a ( M ic r o p r o c e s s o r w i t h o u t I n t e r l o c k e d P i p e l i n e d S t a g e s ) . V r o k u 1983 w U l e l k i e J B r y t a n i i r o z p o o z ę t o o p r a c o w y w a n ie 32—b i t o w e g o m i k r o p r o c e s o r a ARM ( t h e Aoorn RISC ! i a o h i n e ) t y p u

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- 4 -

&

R IS C . M i k r o p r o c e s o r ' ARM o p rao o w an o w r e k o r d o w o k r ó t k i m c z a s i e , w o i ą g u 18 m i e s i ę c y : s t a r t u j ą c z r o z io m u z e r o w e g o r o z p o o z ę t o p r o d u k c j ę t e g o m i k r o p r o o e s o r o w w e r s j i h a n d l o w e j .

Typowym r e p r e z e n t a n t e m m aszyn t y p u CISC s ą m aszyny VAX o p r a o o w s n e p r z e z f i r m ę DEC ja k o k o n t y n u a c j a m aszyn PDP. Maszyny z r o d z i n y VAX z a w i e r a j ą o k o ł o 300 i n s t r u k o j i o różnym f o r m a - o i e i z m i e n n e j d ł u g o ś c i , d o p u s z o z a j ą w i e l e tr y b ó w a d r e s o w a n i a i o p e r a o j e n a r ó ż n y o h t y p a o h d a n y o h . P o d o b n i e m a szyna 1APX—4 3 2 , k t ó r e j p r o o e s o r s k ł a d a s i ę z 3 u k ła d ó w s o a l o n y o h , o p r a c o wana p r z e z f i r m ę I n t e l , J e s t m a s z y n ą t y p u CISC. M i k r o p r o o e s o r y r o d z i n y M o t o r o l a 6 8 0 0 , I n t e l 80X86, Z i l o g 8000 i N a t i o n a l 16032 m a j ą o e o h y m aazyn t y p u CISC, n a p r z y k ł a d , w p e ł n i 3 2 - b i t o — wy m i k r o p r o c e s o r M o t o r o l o 68020 J e s t w yposaż ony:

O w pamięó w i r t u a l n ą , 9 18 try b ó w a d r e s o w a n i a , •

O 3 2 - b i t o w ą s z y n ę a d r e s o w ą , 9 o p e r a o j e n a ' 7 t y p a o h d a n y o h ,

O 3 2 - b l t o w ą s z y n ę d a n y o h , O s z y b k ą l o k a l n ą pam ięó ( o a o h e ) d l a i n s t r u k o j i , O d y n a m i o z n ą z m ia n ę s z e r o k o d o i s z y n y , 9 z e g a r 16 MHz.

O b e z p o d r e d n i z a k r e s a d r e s o w a n i a 4 GB,

O k a z a ł o s i ę j e d n a k , że .masz yny t y p u RISC, mimo że z a w i e r a j ą o k o ł o 50 ( m i k r o p r o c e s o r y ) i n s t r u k c j i i dwa t r y b y a d r e s o w a n i a , d o r ó w n u j ą w s z y b k o d o i d z i a ł a n i a , maszynom ty p u CISC m a j ą cym o k o ł o 300 i n s t r u k c j i , k i l k a n a d o i e t r y b ó w a d r e s o w a n i a , d o p u s z c z a J ą c y m i o p e r a c j e na r ó ż n y c h t y p a o h d a n y o h . S ł a b ą s t r o n a m aszyn t y p u RISC s ą o p e r a o j e z m i e n n o p r z e c i n k o w e , n a t o m i a s t l o h poważnym a t u t e m j e s t w z g l ę d n i e n i s k a c e n a , z n a o z n i e u p r o s z o z o n y p r z e b i e g p r o j e k t o w a n i a i u r u c h a m i a n i a , co z n a c z n i e s k r e o a o z a s od momentu p r o j e k t u do p r o d u k c j i p r z e m y s ł o w e j . N a l e ż y g w o l i ś c i s ł o ś c i d o d a ó , że t a k d o b r e w y n i k i u z y s k u j ą m a szyny t y p u RISC n i e t y l k o s k u t k i e m u p r o s z c z e n i a l i s t y i n s t r u k o j i , a l e i r o zbudow y s t r u k t u r y r e j e s t r o w e j , o g r a n i c z e n i a wymiany i n f o r m a c j i z p a m i ę c i ą , a p r z e d e w s z y s t k i m z a s t o s o w a n i a nowych o p t y m a l l z j ą o y o h k o m p i l a t o r ó w .

K o n c e p c j e l a t s i e d e m d z i e s i ą t y c h

7 l a t a c h s z e d ó d z i e s i ą t y o h n a s t ą p i ł p r z e ł o m w k o n o e p o j i budowy m aszyn o y f r o w y o h . Zapo

c z ą t k o w a ł a go f i r m a IBM w p ro w a d z a ją c n a r y n e k w 1964 r . r o d z i n ę m aszyn IBM 3 6 0 . Maszyny z t e j s e r i i c h a r a k t e r y z o w a ł y s i ę r ó ż n ą k o n f i g u r a c j ą , s z y b k o ś c i ą d z i a ł a n i a i a t r a k c y j n ą o e n ą . M i a ł y one p r z y tym w s p ó l n ą c e c h ę , m i a n o w i c i e j e d n o l i t e o p r o g r a m o w a n i e , o r a z p e ł n ą z a m ie n n o śó p r o gramów. " 'p r o w a d z e n i e s y s t e m u IBM/360 w y r a ź n i e z a p o c z ą t k o w a ł o r o z r ó ż n i e n i e a b s t r a k c y j n e j s t r u k t u r y m aszyny o k r e ś l a j ą c e j m o ż l i w o ś c i f u n k c j o n a l n e od i m p l e m e n t a c j i s p r z ę t o w e j . A b s t r a k c y j n ą s t r u k t u r ę m a szyny z a c z ę t o nazywaó a r c h i t e k t u r ą . T a k i e p o d e j ś c i a w k o n s t r u k c j i m a szyn p r z y j ę ł o s i ę p o w s z e c h n i e , z a c z ę t o r o z r ó ż n i a ć a r o h i t e k t u r ę i i m p l e m e n t a o j ę s p r z ę t o w ą , z a p e w n i a ć p e ł n ą

w y m i e n i a l n o ś ć o p r o g ra m o w a n ia w r a m a c h o z y t e ż s e r i i .

Z a p e w n i e n i e j e d n o l i t e g o o p r o g r a m o w a n ia w ram a o h r o d z i n y , n i e z a l e ż n i e , od r e a l i z a c j i s p r z ę t o w e j i s t r u k t u r y ( a r c h i t e k t u r y ) d aw a ło d u ż e k o r z y ś c i p r o d u c e n t o m , j a k t e ż u ż y t k o w n i k o m . U m o ż l i w i a ł o d o b r a n i e m aszyny w z a l e ż n o ś c i od p o t r z e b i za sń b ó w f i n a n s o w y c h . P r z y k ł a d e m u n a o c z n i a j ą c y m t e k o r z y ś c i j 0 3 t m aszyna IBM 3 6 0 / 4 4 . Podstawowy z b i ó r i n s t r u k c j i z r e a l i z o w a n o w r . i e j m e to d ę s p r z ę t o w ą , p o z o s t a ł e i r . 3 t r u k o j e b y ł y im p le m e n to w a n e progra m ow o.*

T a k i e p o d e j ś c i e z n a o z n i e o b n i ż y ł o c e n ę IBM 3 6 0 /4 4 i p o l e p s z y ł o w s p ó ł c z y n n i k w y d a j n o ś c i ( k o s z t y ) w s t o s u n k u do n a j b l i ż s z y c h s ą s i a d ó w w t e j r o d z i n i e . IBM 3 6 0 /4 4 można t r a k t o w a ć ja k o p r e k u r s o r a m aszyn t y p u RISC, gdyż, z a c z ę t o z m n i e j s z a ć r e a l i z a c j ę s p r z ę t o w ą pewnych b a r d z o z ł o ż o n y c h f u n k c j i m aszyn na k o r z y ś ć i m r l e m e n t a o j i p ro g ra m o w y ch .

Rozwój t e c h n o l o g i i p r o d u k c j i ukła dów s c a l o n y c h p o z w o l i ł w p ro w a d z ić w s e i i IDM/ 3 5 0 pam ię

c i n i k r o r r o g r a m o w a n e do r e a l i z a c j i I n s t r u k c j i m aszynow yoh. Z a l e t y p a m i ę c i m ik r o p r o g ra m o w a n y c h s p o w o d o w a ły , że z a c z ę t o j e p o w s z e c h n i e s t o s o w a ć . P o z w a l a ł y w ł a t w y s p o s ó b budować z ł o ż o n e i n s t r u k c j e , p o w ię k s z a ć z b i ó r i n s t r u k c j i , m o dyfikow ać i n s t r u k c j e . Z a p e w n ia ły t e ż p r z y ś p i e s z e n i e w y k o n a n ia i n s t r u k o j i , g d y ż p o w s z e c h n i e s t o s o w a n e p a m i ę c i f e r r y t o w e b y ł y o k o ł o 10 r a z y w ol

n i e j s z e od p a m i ę c i ROM.

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- 5 -

Ze w z g lę d u na s z y b k i r o z w ó j t e c h n o l o g i i układów s c a l o n y c h z a c z ę ł a s i ę c o r a z w y r a ź n i e j p r z e j a w i a ć t e n d e n c j a o b n i ż a n i a k o s z tó w r e s l i z a o j i r o z w i ą z a ń s p r z ę t o w y c h , a p o d w y ż s z a n i a k o s z tó w r e a l i z a c j i r o z w i ą z a ń p ro g ra m o w y ch . T a n i e i s z y b k i e p a m i ę c i raik ro p ro g ra m o w an e z a c h ę c a ł y do i m p l e m e n t a c j i r o z w i ą z a ń program owych na d r o d z e m i k r o r r o g r n m o w a n i s , c o p r o w a d z i ł o do r o z b u d o wywania l i s t y i n s t r u k c j i i w p ro w a d z a n ia b a r d z i e j z ł o ż o n y c h i n s t r u k c j i . D a l s z ą z a c h ę t ą do r o z budow yw ania l i s t y i n s t r u k c j i i t w o r z e n i a b a r d z i e j z ł o ż o n y c h i n s t r u k c j i b y ł o p o j a w i e n i e s i ę p a m i ę c i m ik r o p r o g ra m o w y c h t y p u RA!,:. S t w a r z a ł o t o b a r d z o a t r a k c y j n e p e r s p e k t y w y , m o ż liw o ś ć two

r z e n i a o d d z i e l n y c h l i s t i n s t r u k c j i d l a o k r e ś l o n y c h z a s t o s o w a ń c z y t e ż u ż y t k o w n i k ó w . P o n a d to p a m i ę c i t y p u RAK z n a c z n i e u ł a t w i ł y t e s t o w a n i e p o p r a w n o ś c i i u s u w a n i e b ł ę d ó w . ’ P anow ało rów

n i e ż p r z e k o n a n i e , że o d p o w i e d n i e r o z s z e r z e n i e l i s t y i n s t r u k c j i u ł a t w i k o n s t r u k o j e k o m p i l a t o r ó w .

P r z e d wyraźnym w y o d r ę b n i e n i e m p o j ę c i a a r o h i t e k t u r y ,' do o o en y systemów s t o s o w a n o j a k o w s k a ź n i k s z y b k o ś ć d z i a ł a n i a i c e n ę . P o j a w i e n i e s i ę p o j ę o l a a r c h i t e k t u r y s p o w o d o w a ło , źe p r z y o c e n i e system ó w z a c z ę t o r ó w n i e ż u w z g l ę d n l a ó r o z w i ą z a n i a a r c h i t e k t o n i c z n e . J a k o m i a r ę J a k o ś o l r o z w i ą z a ń a r c h i t e k t o n i c z n y c h p o w s z e o h n i e p r z y j ę t o o b s z a r p a m i ę c i z a jm o w a n e j p r z e z p r o g r a m y , oo p r z y o z y n i ł o s i ę do t w o r z e n i a b a r d z i e j z ł o ż o n y c h i n s t r u k c j i , K o n o e k w e n o ją p r z y j ę o i a t e j m i a r y J a k o ś o l r o z w i ą z a ń a r c h i t e k t o n i o s n y o h b y ł o p r e f e r o w a n i e s t r u k t u r m assyaow yoh n i e z a w i e r a j ą o y o h r e j e s t r ó w , z wymianą i n f o r m a c j i t y p u p a m i ę ó - p a m l ę ó , a n i e r e J e s t r - r e J e s t r , c z y t e ż p a r n i ę ó - r e J e 3 t r o r a z p r z e k o n a n i e , że s z y b k o ś ć d z i a ł a n i a s e l e ź y od r o z m i a r u p r o g ra m ó w . TT l a t a o h s i e d e m d z i e s i ą t y o h p r z e k o n a n i e , że s z y b k o ś ć d z i a ł a n i a z a l e ż y od wymiarów programów m i ę ł o u z a s a d n i e n i e , g d y ż p a m i ę o i g ł ó n n e ( f e r r y t o w e ) b y ł y w o l n e , a i n s t r u k o j e m ik ro p ro g ra m o w a n e b y ł y s z y b s z e od m a szynow yc h.

R e a s u m u j ą c , p o w s z e o h n i e u w aż an o , że r o z s z e r z e n i e l i s t y i n s t r u k o j i o r a z t w o r z e n i e b a r d z o z ł o ż o n y c h i n s t r u k o j i :

O uprości proeo3 konstruowania kompilatorów,

O u ł a t w i p r z e z w y o i ę ż e n i e k r y z y s u s o f t w a r o w e g o p r z e z w z r o s t n a k ł a d ó w na o p r o g r a m o w a n i e ,

9 z w i ę k s z y s z y b k o ś ć d z i a ł a n i a .

Dodatkowymi a r g u m e n ta m i za r o z s z e r z e n i e m l i s t y ro z k a z ó w b y ł y :

O d o d a n i e k i l k u r o z k a z ó w c r a w l e n i c n i e k o s z t o w a ł o ze w z g lę d u n a p o s t ę p w b udow ie p a m i ę c i mi

k r o progra m o w an y c h i i o h r o z m i a r ,

O p o n i e w a ż m i k r o i n s t r u k c J e b y ł y z n a c z n i e s z y b s z e od i n s t r u k c j i maszynowych t o m i k r o p r o g r a m o w a -

• n i e f u n k c j i p r ogra m ow ych powodowało w z r o s t s z y b k o ś c i d z i a ł a n i a ,

9 t w o r z e n i e z ł o ż o n y c h i n s t r u k c j i powodowało z m n i e j s z e n i e ro z m ia ró w programów , co w k o n s e k w e n c j i d a w a ło w z r o s t s z y b k o ś c i d z i a ł a n i a .

J a k o p r z y k ł a d p o w s z e o h n i e p r z y j ę t e j k o n c e p c j i z l a t s i e d e m d z i e s i ą t y c h ' m o g ą s ł u ż y ć m a szy n y IBM 3 7 0 / 1 6 8 , VAX—1 1 / 7 8 0 f i r m y USC, DORADO f i r m y X e r o x , iA PX-432 f i r m y I n t e l . K r ó t k ą c h a r a k t e r y s t y k ę t y c h m aszyn z a w i e r a t a b e l a 1.

T a b e l a 1

■ I3M 3 7 0 /1 6 0 VAX—1 1 / 7 9 0 j DORADO iAPX—432 ~j

Rok r r o d u k c j i 1973 1978 J 1978

. ... i

1982 |

L i s t a i n s t r u k c j i 208 303 | 270

1 22 2 i

| P amięć s t e r u j ą c ą „ 420 Kb

- W - _____________ -

480 Kb 136 Kb ...

64 Kb J

...

ⁱ

| R o z m ia ry i n s t r u k c j i 1 6 -4 8 b 1 6 -4 5 6 b 8 - 2 4 b 6 -3 2 1 b j

! Typ i n s t r u k c j i

i ^{T - V .}

r .

r - p p—p r - r

s t o s s t o s i

« ,

j C a che 64 Yb j 6 h Kb 64 Kb

°

I

Uwaga:

r = r e j e s t r p = p a m ię ć b = b i t

(8)

N a l e ż y z w r ó c i ć uwagę na d u ż ą l i o z b ę I n s t r u k o j i i i o h r o z m i a r o r a z d u ż e p a m i ę o i s t e r u - j ą o e ( m i k r o p ro g r a m o w a n e ) w s t o s u n k u do l o k a l n y c h s z y b k i c h p a m i ę o i ( o a o h e ) . Duże r o z m i a r y i n s t r u k o j i ś w i a d c z ą o z ł o ż o n o ś c i i n s t r u k c j i . Zmienny r o z m i a r i n s t r u k o j i b y ł 'spowodowany d ą ż e n ie m do z m n i e j s z e n i a o b s z a r u zajm ow anego p r z e z p r o g r a m , c o w ś w i e t l e p r z y j ę t e g o k r y t e r i u m m i a ł o b y ś w i a d c z y ć o j a k o ś o i a r o h i t e k t u r y i im p l ik o w a ć d u ż ą s z y b k o ś ć d z i a ł a n i a . Zmienne d ł u g o ś ć i n s t r u c j i może powodować k ł o p o t y z z a r z ą d z a n i e m p a m i ę o i ą w i r t u a l n ą , g d y ż może s i ę z d a r z y ć , że j e d n a i n s t r u k o j a z a w i e r a s i ę n a dwóoh s t r o n a o h . Z n ac zn e w ym iary p a m i ę o i s t e r u j ą o e j w s t o s u n k u do p a m i ę o i l o k a l n e j ( o a o h e ) mogą ś w i a d c z y ć , że s z u k a n o sposobów p o d n i e s i e n i a e f e k t y w n o ś c i d z i a ł a n i a w r o z b u d o w i e l i s t y i n s t r u k o j i , a n i e w u s p r a w n i e n i u p r o o e s u w y k o n an ia p r o gramów.

K onoepc j a BISC

D a ls z y r o z w ó j t e c h n o l o g i i u m o ż liw ił budowę s z y b k io h p a m ię o i l o k a l n y o h o r a z z a s tę p o w a n ie p a m ię o i f e r r y t o w y o h p ó łp r z e w o d n ik o w y m i. Spow odow ało t o , ż e p a m ię o i m ik ro p ro g ram ó w n i e b y ł y J u ż 1 0 - k r o t n i e s z y b s z . H e a l l z a o j a i n s t r u k o j i m aszynow yoh m e to d ą m ik ro p ro g ra m o w a n ia s t a w a ł a s i ę p r o b le m a ty o z n u . D a ls z a ro zb u d o w a i n s t r u k o j i i z m n i e j s z a n i e ro z m ia ró w program ów n i e z a w sze p r o w a d z i ło do z w ię k s z a n ia s z y b k o ś o i d z i a ł a n i a . Z auw ażo n o , ż e o z ę ś ó z ł o ż o n y o h i n s t r u k o j i

J e s t r z a d k o w ykonyw ana. Nowa k o n s t r u k o j a r e j e s t r ó w u ł a t w i a w y k o rz y s ty w a n ie i o h w p r o o e s i e k o m p i l a o j i . Z auw ażo n o , że do k o n s t r u k c j i now ych o p ty m a llz u ją o y o h k o m p ila to r ó w n i e s ą k o n i e o z - n e wymagane sk o m p lik o w a n e i n s t r u k o j e . S k u tk ie m te g o . m ię d z y in n y m i , z m i e n i ł y s i ę p o g lą d y n a k o n s t r u k o j e m a s z y n . P o j a w i ł a s i ę nowa k o n o e p o ja budowy m aszy n o z m n i e j s z o n e j l i ś o i e l n e t r u -

N i ż e j p o d ajem y podstaw owe z a s a d y p r o j e k t o w a n i a t y c h m a s z y n .

J e ż e l i w p r o w a d z e n ie n o w e j i n s t r u k o j i w y d łu ż a o y k l p r a o y o p e w ie n p r o o e n t , t o powinna ona spowodować z m n i e j s z e n i e l l o z b y c y k l i o o n a j m n i e j o t e n snm p r o o e n t , w p r z e c iw n y m r a z i e n i e n a l e ż y J e j w p ro w a d z a ć , n a l e ż y d ą ż y ć do z r e d u k o w a n i a zasobów s p r z ę t o w y c h .

© M i k r o i n a t r u k o j o n i e m u s z ą być s z y b a z e od n r o s t y o h i n s t r u k o j i . P o n ie w a ż p a m i ę o i s t e r u j ą o e i s z y b k i e p a m i ę o i l o k a l n e s ą budowane w t e j s a m e j t e o h n o l o g l i t o s z y b k o ś ć i n s t r u k c j i i m i - k r o i n s t r u k o j i s ą p o r ó w n y w a l n e . K o n s e r w a c j ą t e g o f a k t u j e s t r e z y g n a c j a w m a s z y n a c h t y p u RISC z p a m i ę o i s t e r u j ą c y o h . J e d n a k ż e w n i e k t ó r y c h r o z w i ą z a n i a c h m a szy n z b l i ż o n y c h do RISC z a c h o wano s z o z ą t k o w e p a m i ę o i s t e r u j ą c e .

© Mi k r o p r o g r a m o w a n i e n i e J e s t panaoeum n a w s z e l k i e k ł o p o t y z w ią z a n e z p r o j e k t o w a n i e m R e a l i z a c j a f u n k c j i p rogra m ow ych m e t o d ą m ik r o p r o g r a m o w a n i a n i c z a w s z e p r z y n o s i p o ż ą d a n e e f e k t y , a p r z y tym z m n i e j s z a e l a s t y o z n o ś ó r o z w i ą z a ń i u t r u d n i a m o d y f i k a c j e .

© W a ż n i e j s z e j e s t u p r o s z c z e n i e d e k o d o w a n ia i p r z y s p i e s z e n i e w ykonywania i n s t r u k c j i m e to d ą z r ó w n o l e g l a n i a n i ż z m n i e j s z a n i e r o z m i a r ó w p rogra m ów .

Z m n i e j s z a n i e r o z m i a r ó w programów o s i ą g a n o p r z e z r o z b u d o w ę i n s t r u k c j i , oo z w i ę k s z a ł o o z a s w y k o n a n ia p r o g r a m u . U p r a s z c z a n i e i n s t r u k c j i w p ra w d z ie może z w i ę k s z y ć r o z m i a r y programów o r a z c z ę s t o ś ć w y s t ę p o w a n i a i n s t r u k c j i , j e d n a k ż e małym k o s z t e m p o z w a la zwięks-zyó s z y b k o ś ć d z i a ł a n i a ,

K o m p i l a t o r y w t r a k c i e k o m p i l a c j i pow inny wykonywać j a k n a j w i ę c e j p r a o y , t a k a b y po z a k o ń c z e n i u k o m p i l a c j i mogły być wykonywane p r o s t e i n s t r u k c j e . K o m p i l a t o r y pow inny p r e f e r o w a ć o p e r a c j e na r e j e s t r a c h z m o ż l i w o ś c i ą ponownego k o r z y s t a n i a z i o h z a w a r t o ś c i . N a t o m i a s t t r a d y c y j n e k o m p i l a t o r y k ł a d ł y g ł ó w n i e n a c i s k na w y b r a n i e o d p o w i e d n i e g o t r y b u a d r e s o w a n i a i s k r a c a n i e f o r m a t u i n s t r u k c j i .

(9)

- 7 -

P o d staw o w ą c e c h ą maszyn t y p u RISC, j a k t o s u g e r u j e i c h n a z w a, j e s t o g r a n i c z o n a i u p r o - s z o z o n a l i s t a i n s t r u k o j i . P o w s z e c h n i e uważa s i ę , że p ie r w s z y m i maszynami t y p u RISC s ą p r o - o e s o r y RISC I i RISC I I o p r a c o w a n e w B e r k e l e y , p r o c e s o r MIPS o p r a o o w a n y w S t a n f o r d i p r o o e -

s o r IBM 8 0 1 , k t ó r y w p r z e c i w i e ń s t w i e do p o z o s t a ł y c h n i e j e s t m i k r o p r o c e s o r e m . Maszyny t e r z e c z y w i ś c i e m ą j ą u p r o s z c z o n ą l i s t ę i n s t r u k o j i , j e d n a k ż e l i c z b a i n s t r u k c j i n i e j e s t t a k o s z a ł a m i a j ą c o m ała ( t a b e l e 1 i 2 ) .

'Tym ienlone m a s z y n y c h a r a k t e r y z u j ą s i ę p r o s t ą s t r u k t u r ą s t e r o w a n i a i r ó ż n i ą s i ę t y l k o d r o b n y m i r e a l i z a c y j n y m i s z c z e g ó ł a m i . P odstaw ow e p a r a m e t r y t y c h m aszyn podano w t a b e l i 2 .

T a b e l a 2

j IBM 801 j RISC I MIPS

Rok p r o d u k c j i j 1980 j 1982 1983

[ L i c z b a i n s t r u k c j i [ 120 j 39 55

i

j P am ię ć s t e r u j ą c a ! “ ! ~

l i

j R o z m ia r i n s t r u k c j i

! w b i t a c h i 32 i 32 32

T e o h n o l o g i a j ECL MSI j KNOS VLSX .

1 _____ ____ __ _ i _ 1

MN03 VLSI

1 ... I 1 | 1

Typ i n s t r u k c j i i r - r j r - r j r - r

Uwaga: r j e s t s k r ó t e m nazwy r e j e s t r

Mimo że p r o c e s o r y RISC I , RISC I I , MIPS i IBM 801 r ó ż n i ą s i ę d ro b n y m i s z c z e g ó ł a m i r e a l i z a o y j n y m i , m a j ą o n e n a s t ę p u j ą c e w s p ó ln e c e c h y :

(N ow ooz esne t e c h n o l o g i e p r o d u l c c j i k o m p i l a t o r ó w wym agają s t r u k t u r y r e j e s t r o w e j u m o ż l i w i a j ą c e j w i e l o k r o t n e k o r z y s t a n i e z a rgum e ntów w t r a k c i e k o m p i l a c j i . O g r a n i c z e n i e s i ę t y l k o do dwóch i n s t r u k c j i d o s t ę p u do p a m i ę c i (LOAD i STORĘ) z n a c z n i e u p r a s z c z a s t r u k t u r ę p r o c e s o r a i z a r z ą d z a n i a p a m i ę c i ą ) ;

@ zred u k o w a n a l i s t a i n s t r u k c j i

- o p e r a o j e m ię d z y r e j e s t r a m i wykonywane s ą w c z a s i e 1 o y k l u ; o p e r a c j e r e a l i z o w a n e s ą s p r z ę t o w o b e z m i k r o p r o g r a m o w a n i a ,

- w z a l e ż n o ś c i od r e a l i z a c j i , i n s t r u k c j e LOAD i STORĘ s ą wykonywane w jed.nym l u b dwóoh c y k l a c h ,

- o p e r a c j e z ł o ż o n e w i e l o c y k l o w e r e a l i z o w a n e s ą pro g ra m o w o , o p e r a c j e z m ie n n o p r z e c i n k o w e r e a l i z o w a n e s ą programowo l u b p r z e z p o m o c n ic z y p r o c e s o r .

Q o g r a n i c z o n a l i s t a t r y b ó w a d r e s o w a n i a

- t y l k o dwa t r y b y a d r e s o w a n i a z w i ą z a n e z i n d e k s o w a n i e m i l i c z n i k i e m r o z k a z ó w , - j e ż e l i s ą wymagane b a r d z i e j z ł o ż o n e t r y b y a d r e s o w a n i a , t o s ą s y n t e z o w a n e z tr y b ó w

p o d sta w o w y c h ,

O p r o s t y f o r m a t i n s t r u k c j i n i e p r z e k r a c z a j ą c y d ł u g o ś c i s ło w a - i n s t r u k c j e t r ó j a d r e s o w e , d ł u g o ś ó s ło w a 3 2 - b i t y ,

- p r o s t y i s t a ł y f o r m a t i n s t r u k c j i - a r g u m e n ty i o p e r a c j e s t o l e n s t y c h samych p o z y c j a c h ( p r o s t y i s t a ł y f o r m a t i n s t r u k c j i p r z y s p i e s z a d e k o d o w a n ie o p e r a c j i , u ł a t w i a z r ó w n o l e - g l e n i e w y k o n a n ia o p e r a c j i , k o n s t r u k c j ę k o m p i l a t o r ó w o p t y m a l i z u j ą c y c h o r a z z a r z ą d z a n i e p a m i e o i a w i r t u a l n e ),

@ z r ó w n o l e g l e n i e w y k o n a n ia i n s t r u k c j i ( p i p e l i n i n g ) i m o d y f i k a c j a i n s t r u k c j i z r o z g a ł ę z i e n i a m i .

(10)

I m p l e m e n t e d j a m aszyn t y p u RISC

O gra nioz m y s i ę t y l k o Co p ro o esó w RISC I , RISC I I , MIPS 1 IBM 8 0 1 . Omówimy t y l k o pewne w s p ó ln e r o z w i ą z a n i a w p ł y w a j ą c e na s z y b k o ś ć d z i a ł a n i a .

F o d sta w o w ą t e o h n i k ą p o w s z e c h n i e s t o s o w a n ą do p r z y s p i e s z a n i a wykonywania o p e r a c j i p r z e z m a szynę j e s t z r w ó n o l e g l a n i e ( p i p e l i n i n g ) wykonywania o p e r a c j i . J e d n o c y k lo w e I n s t r u k c j e p r o c e s o r ó w RISC m a j ą c e s t a ł y f o r m a t p o z w a l a j ą małym n a k ł a d e m śro d k ó w z a s t o s o w a ć t e c h n i k ę z r ó w - n o l e g l e n i a wykonywania o p e r a c j i .

W o y k l u w y k o n a n ia i n s t r u k o j i można w y r ó ż n i ć n a s t ę p u j ą c e f a z y : p o b r a n i e i n s t r u k c j i ( P I ) , d e k o d o w a n ie i n s t r u k c j i ( B I ) , p o b i e r a n i e a rg u m e n tó w (P A ), w y k o n a n ie o p e r a o j i n a a r g u m e n t a o h ('.VI) o r a z z a p a m i ę t a n i e ( p r z e s ł a n i e ) w y n ik u o p e r a c j i (ZW). 1" s e k w e n c y j n e j r e a l i z a c j i c i ą g u i n s t r u k c j i s y t u a o j ę t ę g r a f i c z n i e można p r z e d s t a w i ć w s p o s ó b n e s t ę p u j ą c y ;

P I DI PA WI ZW

i+ 1 P I (DI PA va zw

i+ 2 P I ¡DI PA WI ZW

R y s . 1 . S e k w e n c y jn e w y k o n a n ie c i ą g u i n s t r u k c j i

c z a s

Z a k ł a d a j ą o , że i n s t r u k c j e i , i + 1 , i+ 2 s ą n i e z a l e ż n e , t o można p r z y s p i e s z y ć r e a l i z a c j ę t e j s e k w o n o j i i n s t r u k o j i , co s c h e m a t y c z n i e mżna p r z e d s t a w i ć v s p o s ó b n a s t ę p u j ą c y :

I i t i

f i l i

PI DI PA WI ZW

I -I

■ i + 1

I I l i

I . 'i I I

1+2

PI n PA • WI ZW

I I - I I

i i l i

l i i . i i

I l i i I

PI DI PA WI ZW

i I I i I

I I I

R y s . 2 . Z r ó w n o l e i r ł c n e w y k o n a n ie c i ą g u i n s t r u k c j i

(11)

J e ż e l i o p e r a o j e i+1> i + 2 n i e s ą n i e z a l e ż n e , t o n a s t ę p u j e z a k ł ó c e n i e z r ó w n o l e g l a n i a . J e ś l i wynik o p e r a o j i i + i j e s t a r g u m e n te m o p e r a c j i i + 2 , t o w y k o n a n ie o p e r a c j i : i + 2 można t y l k o wykonać po z a k o ń c z e n i u w y k o n a n ia o p e r a o j i i . V? t e j s y t u a c j i mówimy, ż e n a s t ą p i ł o z a b l o k o w a n i e z r ó w n o l e g l a n i a w y konania o p e r a c j i p r z e z p o w i ą z a n i e ć a n y o h . Załóżmy, że o p e r a c j a i+ 1 j e s t o p e r a c j ą d o d a w a n i a , j e j a r g u m e n ta m i s ą A i B, a w y n ik ie m j e s t C; o p e r a o j a i + 2

J e s t o p e r a c j ą d o d a w a n ia j e d y n k i , j e j a r g u m e n te m j e s t C . S y t u a c j ę t ę można p r z e d s t a w i ć w s p o s ó b n a s t ę p u j ą c y :

Po p o b r a n i u i n s t r u k ó j i INC i j e j z d e k o - d o w a n i u , o p e r a o j a 'i+2 n i e może b y ć wykonywa

n a , d o p ó k i w y n ik o p e r a o j i 1+.1 n i e z o s t a n i e z a p a m i ę t a n y ( u m i e s z c z o n y w r e j e s t r z e ) . W t r a d y c y j n y c h r o z w i ą z a n i a c h z r ó w n o l e g l a n i a o p e - ' r a c j i , gdy' w y s t ą p i p o w i ą z a n i e d a n y c h , n a s t ę p u j e z a b l o k o w a n i e w y k o n a n ia n a h t ę p n e j o p e r a o j i . Ze w z g lę d u na- z ł o ż o n y i zm ienny f o r m a t i n s t r u k c j i w y k r y c i e p o w i ą z a n i a d a n y c h i b l o k o w a n ia wymaga d u żo c z a s u i s p r z ę t u . N a t o m i a s t w p r o c e s o r z e IBM 801 i m i k r o p r o c e s o r a c h RISC I i RISC I I z a s t o s o w a n o i n n e r o z w i ą z a n i e s p r z ę t o w e p o l e g a j ą c e n a w c z e ś n i e j s z y m w y k ry w a n iu i a u t o m a t y c z n y m p r z e k a z y w a n i u wy

n i k u do n a s t ę r n o j o p e r a c j i p r z e d j e g o z a p a m i ę t a n i e m t a k , że n i e w y s t ę p u j e o p ó ź n i e n i e w y k o n a n ia n a s t ę p n e j o p e r a c j i . Ze w z g lę d u na s t a ł y f o r m a t i p r o s t o t ę i n s t r u k o j i , wykrywa

n i e w c z e ś n i e j p o w i ą z a n i a d a n y c h i p r z e k a z y w a n i e wyników u d a ł o s i ę r o z w i ą z a ć n i e w i e l k i m n a k ł a d e m śr o d k ó w ( s p r z ę t u ) . P o n a d t o w m i k r o p r o c e s o r z e RISC I I u d a ł o s i ę t a k z a p r o j e k t o w a ć w o z e ś n l e j s z e w y k ry w a n ie i p r z e k a z y w a n i e , że n i e z o s t a ł w y dłużony c y k l maszynowy. VI m i k r o p r o  c e s o r z e MIPS z r e z y g n o w a n o z r o z w i ą z a ń s p r z ę t o w y c h na k o r z y ś ć r o z w i ą z a ń p ro g ra m o w y c h . W t r a k c i e k o m p i l a c j i , k o m p i l a t o r wykrywa p o w i ą z a n i a d a n y c h , s e p a r u j e o p e r a c j e z p o w ią z a n y m i d a nymi o p e r a c j ą p u s t ą (NO - O P ), l u b j e ż e l i t o j e s t m o ż liw e - w s t a w i a o p e r a c j ę n i e z a l e ż n ą . T a k d z i a ł a j ą c y k o m p i l a t o r p o w s z e c h n i e j e s t nazywany o p t y m a l j . z u j ą c y m .

- “ " 1

Z a łó ż m y , że o p e r a c j a i p o p r z e d z a j ą c a o p e r a c j ę i + 1 , j a k t o p o k a z u j e r y s . 3 , j e s t o p e -

li

r a o j ą o d e j m o w a n ia a j e j a r g u m e n t a m i s ą D i E . Z a p r e z e n t o w a n e r o z w i ą z a n i e p r o b le m u p o w i ą z a n i a d a n y c h można p r z e d s t a w i ć s c h e m a t y c z n i e j a k w t a b e l i 3.

T a b e l o 3

I I I I

w y k o n a n ia

osaa

R y s .3 . B lo k o w a n ie p r z e z p o w ią z a n i e d a n y c h

A d r e s y R o z w i ą z a n i e s p r z ę t o w e

R o z w i ą z a n i e programowe b e z o p t y m a -

l i z a c j i

z o p t y m a l i - z a o j ą -

i SUB D,E STO D,B

i+ 1 ADD A,B AND A,B AUD A,B

i + 2 INC 1,C KO-OP STO D,E

i +3 INC 1,C H O O

(12)

- 10 -

I . I

1+1

I I

I o

R y s . 4-. B l o k o w a n i e p r z e z p o w i ą z a n i e a d r e s ó w

N a w i ą z u j ą c do t a b l i c y 3 n a l e ż y p o d k r e ś l i ć , że p r z y r o z w i ą z a n i a c h s p r z ę t o w y c h n i e u l e g a z m i a n i e s e k w e n c j a i n s t r u k c j i , V’ r o z w i ą z a n i u t r a d y c y j n y m n a s t ę p u j e b l o k o w a n i e wykona

n i a o p e r a c j i 1 + 2 . N a t o m i a s t w r o z w i ą z a n i a c h s p r z ę t o w y c h z a s t o s o w a n y c h w IBM 8 0 1 , RISC I i RISC I I n i e n a s t ę p u j e b l o k o w a n i a w y k o n a n ia o p e r a c j i i + 2 i a u t o m a t y c z n i e z w y p rz e d z e n ie m w ynik o p e r a c j i i+ 1 j e s t p r z e k a z y w a n y do o p e r a c j i i + 2 .

J e ś l i c h o d z i o r o z w i ą z a n i a program owe z a s t o s o w a n e w MIPS, t o n a s t ę p u j e z a k ł ó c e n i e s e k w e n c j i wykonywanych i n s t r u k c j i . N p r z y p a d k u k o m p i l a t o r a n i e o p t y m a l i z u j ą c e g o j e s t w s t a w i a n a s e p a r u j ą c a i n s t r u k c j a p u s t a NO-OP p o w o d u ją c a o p ó ź n i e n i e w y k o n a n ia o p e r a c j i i + 3 . N a t o m i a s t w p r z y p a d k u k o m p i l a t o r a o p t y m a l i z u j ą c e g o j e s t w s t a w i a n a , o i l e t o j e s t m o ż l i w e , j a k o i n s t r u k c j a s e p e r u j ą c a i n s t r u k c j a n i e p u s t a . O c z y w i ś c i e w s t a w i e n i e i n s t r u k c j i n i e p u s t e j , j a k o s e p a r u j ą c e j , p r z e d i n s t r u k c j ę i + 3 , p o w o d u je , j a k p o p r z e d n i o , o p ó ź n i e n i e w y k o n a n ia o p e r a c j i i + 3 , a l e n i e w y d łu ż a c z a s u w yk o n an ia t e j s e k w e n c j i o p e r a c j i .

P o j a w i e n i e s i ę w c i ą g u i n s t r u k c j i z r o z g a ł ę z i e n i e m ( s k o k u ) pow oduje z a k ł ó c e n i e t o k u z r ó w n o l e g l n n e g o wykonywania o p e r a c j i p r z e z o p ó ź n i e n i e w y k o n a n ia o p e r a c j i o c z a s p o t r z e b n y n a w s k a z a n i e i p o b r a n i e i n s t r u k c j i o k r e ś l o n e j a d r e s e m w i n s t r u k o j i z r o z g a ł ę z i e n i e m s k o k i p o w o d u je z a k ł ó c e n i e , t o k u z r ó w n o l e g ł o n e g o wykonywania o p e r a c j i p r z e z o p ó ź n i e n i e w y k o n an ia o p e r a c j i o c z a s p o t r z e b n y n a w s k a z a n i e i p o b r a n i e i n s t r u k c j i o k r e ś l o n e j a d r e s e m w i n s t r u k c j i z r o z g a ł ę z i e n i e m ( ię ? s . 4 ) .

7' w i e l u m a s z y n a c h s ą s to s o w a n e r ó ż n e t e c h n i k i p o z w a l a j ą c e p o b r a ć o d p o w i e d n i e o p e r a c j e po i n s t r u k c j i z r o z g a ł ę z i e n i e m . T e c h n i k t y c h ze w z g l ę d u na s k o m p l i k o w a n i e i wymaganie d u ż y c h z a so b ó w s p r z ę t o w y c h n i e s t o s u j e s i ę w m a s z y n a c h t y p u RISC, a n a w e t w n i e k t ó r y c h m a s z y n a c h CISC, u m a s z y n a c h t y p u RISC s t o s u j e s i ę p o w s z e o h n i e t z w . " o póź nione - r o z g a ł ę z i e n i e " p o l e g a  j ą c e na t a k i m p r z e e e f i n i o w a r . i u o p e r a c j i z r o z g a ł ę z i e n i e m , że b e z p o ś r e d n i o po n i e j p o b r a n a i n s t r u k c j a może byó wykonana b e z o p ó ź n i e n i a z r ó w n o l e g l a n i a p r z e d i n s t r u k c j ą o k r e ś l o n ą wyko

naniem. o p e r a c j i z r o z g a ł ę z i e n i e m . B a d a n i a p r z e p r o w a d z o n e d l a p r o c e s o r a MIPS w y k a z a ł y , że 21$ i n s t r u k c j i J e s t wykonywanych po o p ó ź n io n y m r o z g a ł ę z i e n i u . O znacza t o , że t r a c i s i ę 21$

c z a s u p r a c y m a s z y n y . Yfe w s z y s t k i c h m a s z y n a c h z i n s t r u k c j a m i o z m i e n n e j a ł u g o ś o l używa s i ę b u f o r ó w do m a g a z y n o w a n ia i n s t r u k c j i w p r o c e s o r z e . B u f o r y t e s ą ła d o w a n e i n s t r u k c j a m i b e z p r z e p r o w a d z a n i a ż a d n e j a n a l i z y t a k , że po i n s t r u k c j a c h z r o z g a ł ę z i e n i e m mogą s i ę z n a jd o w a ć i n s t r u k c j e , k t ó r e n i e b ę d ą wykonywane. P r z e p r o w a d z o n e b a d a n i a w y k a z a ł y , ż e 25$ o p e r a c j i wy

konywanych w m a s z y n a c h VAX j e s t o p e r a c j a m i z r o z g a ł ę z i e n i a m i , o z n a c z a t o , ż e 25$ i n s t r u k c j i z o s t a ł o n i e p o t r z e b n i e p o b r a n y c h .

(13)

- 11 -

W prow adz enie o p e r a o j i z opó źn io n y m r o z g a ł ę z i e n i e m p o z w o l i ł o u n i k n ą ó k o a z to w n y o h r o z w i ą z a ń s p r z ę t o w y c h w m a s z y n a c h t y p u RISC i u m o ż l i w i ł o r o z w i ą z a n i e t e g o p r o b le m u z a pomooą r o z w i ą z a ń p ro g ra m o w y c h . W t r a k c i e k o m n l l a o j i , k o m p i l a t o r y m a szyn RISC w y s z u k u j ą i n s t r u k c j e z r o z g a ł ę z i e n i e m ! i b e z p o ś r e d n i o po n i c h w s t a w i a j ą i n n e o p e r a o j e , o i l e t o j e s t m o ż l i w e . W p rze o iw n y m r a z i e w s t a w i a j ą o p e r a o j e p u s t e . P o ró w n a n i e r o z w i ą z a ń t r a d y c y j n y c h i r o z w i ą z a ń

z o p ó ź n i o n y m r o z g a ł ę z i e n i e m p r z e d s t a w i a t a b e l a 4 . T a b e l a 4

A d r e s y N orm aln e r o z g a ł ę z i e n i e

O p ó ź n io n e r o z g a ł ę z i e n i e

O p ty m a liz o w a n e o p ó ź n i o n e . r o z g a ł ę z i e n i e

i ADD A,B ADD A,B JUMP i + 4

i+ 1 JUMP i + 4 JUMP i +5 ADD A,B

i +2 SUB D,E NO-OP SUB D,B

i +3 s r a D,E

i +4 STORĘ C STORĘ C

i +5 STORE 0

N a w i ą z u j ą o do t a b e l i 4 n a l e ż y p o d k r e ś l i ó , że p r z y norm alnym z d e f i n i o w a n i u o p e r a c j i z r o z g a ł ę z i e n i e m , s e k w e n o j a i n s t r u k o j i n i e u l e g a z m i a n i e . N a t o m i a s t w r a z i e p r z e d e f i n i o w a — n i a o p e r a o j i z r o z g a ł ę z i e n i e m n a o p ó ź n i o n e r o z g a ł ę z i e n i e , k o n i e c z n e j e s t w s t a w i e n i e i n s t r u k o j i p u s t e j (NO-OP) po i n s t r u k c j i z r o z g a ł ę z i e n i e m . W wypadku o p t y m a l i z a c j i j e s t w s t a w i a n a i n n a i n s t r u k c j a n i e z a l e ż n a po i n s t r u k o j i z r o z g a ł ę z i e n i e m . P r z e p r o w a d z o n e b a d a n i a k o m p i l a t o r ó w d l a m aszyn t y p u RISC w y k a z a ł y , żo w 90# wypadków po i n s t r u k o j i z r o z g a ł ę z i e n i e m s ą w s t a w i a n e i n s t r u k o j e n i e p u s t o .

Y? m a s z y n a c h t y p u RISC d ąż y s i ę do m a ksym alnego u ż y o i a r e j e s t r ó w . YT p r o c e s o r z e IBM 801 i MIPS o s i ą g n i ę t o t b n o e l p r z e z o d p o w i e d n i ą k o n s t r u k o j ę k o m p i l a t o r ó w . YJ p r o c e s o r a c h RISC I i RISC I I z a s t o s o w a n o r o z w i ą z a n i a s p r z ę t o w e , t w o r z ą o z b i o r y r e j e s t r ó w zwano oknam i ( w lndow ) o s t r u k t u r z e s t o s o w e j , u ł a t w i a j ą o y o h wywoływanie p o d progra m ów . W yw ołanie p o d p r o g r a mu a u t o m a t y c z n i e p r z y d z i e l a p r o o e s o r o w i nowy z b i ó r r e j e s t r ó w . T a k i e r o z w i ą z a n i e wymaga d u ż e j l l o z b y r e j e s t r ó w , n p . p r o c e s o r RISC I z a w i e r a 78 r e j e s t r ó w , a p r o o e s o r RISC I I z a w i e r a 138 r e j e s t r ó w . N a t o m i a s t p r o c e s o r MIPS z a w i e r a t y l k o 16 r e j e s t r ó w , a p r o o e s o r IBM 801 - 3 2 . Maksymalne w y k o r z y s t a n i e r e j e s t r ó w w t r a k o i e k o m p l l a o j i pozw a la z n a c z n i e z m n i e j s z y ó l l o z b ę o d w o ła ń do p a m i ę o i ( i n s t r u k o j i LOAD i STORĘ). B a d a n i a w y k a z a ł y , ż e d l a d u ż y c h programów o k o ł o 30% o p e r a o j i wykonywanych d l a p r o c e s o r a IBM 8 0 1 , t o o p e r a o j e t y p u LOAD 1 STORĘ. Dla p r o c e s o r a MIPS o k o ł o 35% wykonywanych o p e r a o j i j e s t t y p u LOAD i STORĘ, n a t o m i a s t d l a p r o o e - sorów RISC I i RISC I I t e n p r o c e n t w y n o s i o k o ł o 15, w l i c z a j ą o w t o o p e r a c j e LOAD i STORĘ z w i ą z a n e z p r z e p e ł n i e n i e m s t o s u o r g a n i z o w a n e g o s p r z ę t o w o na r e j e s t r a c h .

N a t u r a l n a i m p l e m e n t a c j a i n s t r u k o j i LOAD i STORĘ wymaga dwóoh c y k l i , Y7 p ie rw s z y m o y k l u j e s t w y l i c z a n y a d r e s , a d r u g i - j e s t wymagany na d o s t ę p do p a m i ę o i ,

YY p r o o e s o r a o h RISC I i RISC I I ze w z g lę d u n a m a ł ą l i c z b ę wykonywanych w t r a k o i e r e a l i - z a o j i programów o p e r a o j i LOAD i STORĘ zdeoydowano s i ę na dwuoyklową i m p l e m e n t a o j ę i n s t r u k c j i LOAD i STORĘ. N a t o m i a s t w p r o o e s o r a o h IBM 801 i MIPS z a im p le m e n to w a n o t y l k o i n s t r u k c j ę LOAD J a k o Je d n o o y k lo w e " o p ó ź n i e n i e LOAD". I m p l e m e n t a o j a o p ó ź n i o n e g o LOAD o p r ó c z r o z w i ą z a ń p r o g r a mowyoh, t a k i c h , J a k i e z a s t o s o w a n o w p r z y p a d k u i m p l e m e n t a c j i i n s t r u k c j i z o p ó ź n io n y m r o z g a ł ę z i e n i e m , wymaga r ó w n i e ż r o z w i ą z a ń s p r z ę t o w y c h . I m p l e m e n t a o J a s p r z ę t o w a Je d n o o y k lo w a LOAD z o p ó ź n i e n i e m wymaga dwóoh w e jś ó do p a m i ę o i , J e d n eg o d l a i n s t r u k o j i , a d r u g i e g o d l a d a n y o h o r a z d o d a tk o w e g o w e j ś c i a do r e j e s t r ó w . B a d a n i a k o m p i l a t o r ó w d l a p r o c e s o r ó w IBM 801 1 MIPS w y k a z a ł y , że w 90% wypadków J e 3 t w s t a w i a n a n i e p u s t a i n s t r u k c j a po o p ó ź n i o n e j i n s t r u k o j i LOAD.

(14)

- 12 -

P r o c e s o r y IBM 8 0 1 , MIPS, RISC I 1 RISC I I s t o s u j ą p r z y s p i e s z e n i e wykonywania o p e r a o j i m e t o d ą z r ó w n o l e g l a n i a ( p i p e l i n i n g ) . S t o s u j e s i ę r ó i n e t e c h n i k i i r o z w i ą z a n i a z a p o b i e g a j ą o e o p ó ź n i e n i u ( b l o k o w a n i u ) w y k o n a n ia o p e r a o j i , k t ó r e j u ż z o s t a ł y omówione w tym r o d z i a l e . Omówimy J e s z c z e pewne sp ra w y n a t u r y t e c h n i c z n e j ( n i e p o j ę c i o w e j ) z w ią z a n e z e z r ó w n o l e g l a - n l e m o p e r a c j i .

P r z y wykonywaniu o p e r a c j i można w y ró ż n ió n a s t ę p u j ą c e f a z y :

• p o b r a n i e i n s t r u k c j i ,

• o z y t a n i e r e j e s t r ó w ,

• wykonywanie o p e r a o J i ( l o g i o z n y c h , a r y t m e t y o z n y o h ) ,

• w p i s y w a n i e do r e j e s t r ó w .

N a l e ż y p o d k r e ó l i ó , że z p u n k t u w i d z e n i a z r ó w n o l e g l a n i e można pominąó f a z ę d e k o d o w a n ia i n s t r u k c j i f r y s . 1 ) , g d y ż d e k o d o w a n ie n i e wymaga d o s t ę p u do r e j e s t r ó w i może byó wykonane r ó w n o o z e ó n i e z o p e r a o j a m l ( f a z a m i ) d o s t ę p u do r e j e s t r ó w . N p r o o e s i e IBM 801 z a k ł a d a s i ę , że o z a s w y k o n a n ia w s z y s t k i o h f a z o p e r a c j i j e s t Je dnakow y, oo o z n a o z a , że z r ó w n o l e g l a n i e o p e r a o j i j e s t o z t e r o s t o p n i o w e . W p r o c e s o r a c h RISC I i RISC I I z a k ł a d a s i ę , ż e f a z a p o b r a n i a i n s t r u k c j i j e s t d w u k r o t n i e d ł u ż s z a od p o z o s t a ł y o h , a więo z r ó w n o l e g l a n i e o p e r a o j i b ę d z i e t r ó j s t o p n i o w e '. S ohem at z r ó w n o l e g l a n i a o p e r a o j i d l a p r o o e s o r a RISC I I p r z e d s t a w i o n o na

r y s . 5 . r *

I

ozas _______________________________ ^

R y s . 5» T r ó j s t o p n i o w e z r ó w n o l e g l a n i e w y k o n a n ia o p e r a c j i d l a p r o o e s o r a RISC I I

# / B r a k i n f o r m a c j i w d o s t ę p n e j l i t e r a t u r z e d o t y c z ą o y c h p r o o e s o r a MIPS

(15)

- 13 -

J e ż e l i o h o d z i o im p l e m e n t a o J e s p r z ę t o w ą , t o p r o c e s o r IBM 801 s k ł a d a s i ę z u k ła d ó w s o a l o n y o h ś r e d n i e j s k a l i i n t e g r a o j i (MSI) w ykonanych w t e c h n o l o g i i ECL z o y k le m p r a o y 66 n s , 7T B e r k e l e y h y ł y o p r a o o w a n e dwie i m p l e m e n t a c j e m i k r o p r o c e s o r ó w RISC. M i k r o p r o c e s o r y RISC I i RISC I I s ą u k ł a d a m i w y s o k i e j s k a l i i n t e g r a o j i ( Y 1 S I) w t e o h n o l o g i i MNOS.

M i k r o p r o c e s o r RISC I n i e o s i ą g n ą ł z a k ł a d a n e j s z y b k o ś o i d z i a ł a n i a . C y k l w y k o n a n ia o p e - r a o j i w y n o s i ł t r z y c y k l e z e g a r o w e . P r z y c z ę s t o t l i w o ś c i z e g a r a 1 , 5 MHz z a p e w n i a ł o t o w y konanie p ó ł m i l i o n a o p e r a o j l m i ę d z y r e J e s t r o w y c h na s e k u n d ę . I m p l e m e n t a o J a ' m i k r o p r o c e s o r a RISC I I b y ł a z u p e ł n i e nową i b a r d z i e j w y r a f i n o w a n ą . C ykl w y k o n a n ia o p e r a c j i w y n o s i ł o z t e r y . c y k l e z e g a r o w e . T?ykonano dwie w e r s j e i m p l e m e n t a c j i p r o c e s o r a RISC I I . W e r s j a 4 pis z z e g a r e m o o z ę - s t o t l i w o ś c i 8 MHz z a p e w n i a ł a w y k o n an ie 2 m i l i o n ó w o p e r a c j i m i ę d z y r e J e 3 t r o w y o h n a s e k u n d ę , ' n a t o m i a s t w e r s j a 3 p z z e g a r e m o o z ę s t o t l i w o ś c i 12 MHz z a p e w n i a ł a w y k o n a n ie 3 m il io n ó w o p e r a c j i m i ę d z y r e J e s t r o w y c h na s e k u n d ę . I m p l e m e n t a o J a s p r z ę t o w a m i k r o p r o c e s o r a RISC I I wymagała 4 1 0 0 0 t r a n z y s t o s ó w ( n a j e d n e j p ł y t c e ) . M i k r o n r o o e s o r MIPS J e s t u k ła d e m w i e l k i e j s k a l i i n t e g r a o j i (VLSl)wykonanym w t e c h n o l o g i i M1I0S. Z e g a r ma c z ę s t o t l i w o ś ć 4 MHz, a o z a s w y k o n an ia i n s t r u k c j i w y n o s i 500 n s . I m p l e m e n t a o J a s p r z ę t o w a wymagała 25000 t r a n z y s t o r ó w n a p ł y t c e . P o w l e r z o h n i e p ł y t e k m i k r o p r o c e s o r ó w RISC I I i MIPS s ą J e d n a k o w e . Dla p o r ó w n a n i a : m i k r o p r o c e s o r M 68020 f i r m y M o t o r o l a n a p ł y t c e z a w i e r a 192 000 t r a n z y s t o r ó w , budowany J e s t w t e o h n o - l o g i l 2 ¿im i w y k o n u je 2 , 5 m i l i o n a o p e r a c j i n a s e k u n d ę . P o w i e r z c h n i a p ł y t k i m l k r o p r o o e s o r a

RISC I I J e s t o 2 5 $ m n i e j s z a od p o w i e r z c h n i p ł y t k i m i k r o p r o c e s o r a M68020. C z ę s t o t l i w o ś ć z e g a r a w y n o s i 16 MHz ( d l a M 68020).

E k s p e r y m e n t y z in n y m i maszynami

Z a c h ę c a j ą c e w y n i k i z maszynami t y p u RISC 1 p o l e p s z e n i e s t o s u n k u k o s z t / w y d a J n o ś ó s k ł o n i ł y p r o d u c e n t ó w do e k s p e r y m e n t ó w z m a szynśm i t r a d y o y J n y m i . P lr m a DEC p r z e p r o w a d z i ł a e k s p e r y m e n t z dwoma i m p l e m e n t a c j a m i w w i e l k i e j s k a l i i n t e g r a c j i (VXSI) m aszyn VAX. Rozważne b y ł y d w ie i m p l e m e n t a c j e VTSI VAX i MloroVAX-32. P r o c e s o r VLSI VAX J e s t i m p l e m e n t a o J ą p r o c e s o r a VAX—1 1 / 7 8 0 s k ł a d a j ą c ą s i ę z 9 u k ła d ó w s c a l o n y c h w i e l k i e j s k a l i i n t e g r a c j i . I m p l e m e n t a c j a t a r e a l i z u j e p e ł n y z e s t a w i n s t r u k c j i i t r y b ó w a d r e s o w a n i a p r o o e s o r a VAX-11 /7 8 0 o r a z w i ę k s z o ś o i f u n k c j i p r o o e s o r a w ł ą c z a j ą c w t o z a r z ą d z a n i e p a m i ę c i ą i s t e r o w a n i e s z y b k ą p a m i ę c i ą l o k a l n ą ( c a c h e ) . P r o c e s o r M ic r o VAX—32 J e s t i m p l e m e n t a c j ą p r o c e s o r a V IS I VAX z a w i e r a J ą o ą dwa m i k r o p r o c e s o r y . M i k r o p r o o e s o r p o m o c n io zy r e a l i z u j e 70 i n s t r u k c j i z m i e n n o p r z e c i n k o w y c h . P o z o s t a ł e l n s t r u k o j e p r o o e s o r a VXSI VAX s ą r e a l i z o w a n e p r z e z p r o c e s o r g łó w n y . P r o o e s o r głów ny r e a l i z u j e 175 i n s t r u k c j i s p r z ę t o w o i 59 i n s t r u k o j i programowo (w m a k r o k o d z i e ) . P o n a d t o p r o c e s o r głó w n y r e a l i z u j e p e ł n y z e s t a w t r y b ó w a d r e s o w a n i a p r o c e s o r a VLSI VAX z a w l e r a j ą o y 21 tr y b ó w o r a z d o p u s z c z a o p e r a o j e na 6 t y p a c h d a n y c h z 12 r e a l i z o w a n y c h p r z e z VI,SI VAX. P r o c e s o r M ic ro VAX-32 p r z y c z ę s t o t l i w o ś o i z e g a r a w y n o s z ą o e j 20 MHz, J e s t J e d n a k o 20# w o l n i e j s z y od V I S I VAX.

O k a z a ł o s i ę , że i m p l e m e n t a o J a 58 # o d p o w ie d n i o w y b ra n y o h i n s t r u k c j i , ¡wymaga t y l k o 15#

za sobów p ą m i ę o i s t e r u j ą c e j p r o o e s o r a VLSI VAX. I n s t r u k c j e t e s t a n o w i ą 98# i n s t r u k c j i n a j c z ę ś c i e j u ż y w a n y c h . 3 d r u g i e j s t r o n y o k a z a ł o s i ę , że i m p l e łn e n ta o J a . 20 # o d p o w i e d n i o w y b ra n y c h i n s t r u k c j i wymaga a ż 6 0 # zasobów p a m i ę c i s t e r u j ą c e j p r o c e s o r a VI,SI VAX. I n s t r u k c j e t e s t a n o w i ą 0 , 2 # n a j c z ę ś c i e j u ż y w a n y o h . I m p l e m e n t a c j a programowa w M ic ro VAX—32 i n s t r u k o j i z g r u p y o s t a t n i o o m a w i a n e j p o z w o l i ł a n a t a k z n a o z n e • z r e d u k o w a n ie zasobów s p r z ę t o w y c h w s t o s u n k u do p r o o e s o r a V I 3 I VAX. P o r ó w n a n i e t y o h dwóoh i m p l e m e n t a c j i podano w t a b l i c y 5 ,

F i r m a DEC n i e p o p r z e s t a ł a t y l k o na e k s p e r y m e n c i e s p r z ę t o w y m , p r z e p r o w a d z i ł a r ó w n i e ż e k s p e r y m e n t p r o g ra m o w y . Opracowano e k s p e r y m e n t a l n y k o m p i l a t o r DEC Moduła—2 , k t ó r e g o s z y b k o ś ć J e s t p o rów nyw a lny z n a j l e p s z y m i k o m p i l a t o r a m i d l a r o d z i n y VAX. K o m p i l a t o r t e n w y k o r z y s t u j e t y l k o p e w ie n p o d z b i ó r z b i o r u i n s t r u k o j i ( r e z y g n u j ą c z b a r d z i e j z ł o ż o n y c h i n s t r u k o j i ) i t y l k o n i e k t ó r e p r o s t s z e t r y b y a d r e s o w a n i a . O p ró c z t e g o p r z e d e f i n i o w a n o i n s t r u k c j ę CAI,L g e n e r o w a n ą p r z e z p r a w i e w s z y s t k i e k o m p i l a t o r y VAX t a k , że w ykonuje ona t y l k o n i e z b ę d n e c z y n n o ś c i . I n s t r u k c j ę CAID z a s t ą p i o n o c i ą g i e m p r o s t y c h i n s t r u k c j i . Te z a b i e g i p o z w o l i ł y n a u z y s k a n i e w z r o s t u w y d a j n o ś c i o 2 0 # .

(16)

- 14 -

T a b e l a 5

VXSI VAX M io r o VAX—32 P r o o e n t z a s o

bów w s t o s u n k u do VLSI VAX I l o z b a u k ła d ó w

s o a l o n y o h I ł ą o z n i e ze zmiennym p r z e c i n k i e m )

9 2 22#

Parnięó

s t e r u j ą c a 480 Kb 64 ICb

l 13#

S zybka pamięó l o k a l n a (C ao h e * )

z a w i e r a n i e z a w i e r a , a l e z a w i e r a b u f o r w stę p n eg c

p o b i e r a n i a i n s t r u k o j i

T r a n z y s t o r y 1250000 101000 8 #

W f i r m i e IBM p r z e d m i o t e m e k sp e ry m e n tó w b y ł y m aszyny s e r i i IBM 360 i IBM 3 7 0 . Maszyna 3 6 0 / 4 4 może byó t r a k t o w a n a Jako p o p r z e d n i k M io ro VAX-32, g d y ż w n i e j o g r a n i c z o n o l i s t ę r o z kazów r e a l i z o w a n y c h s p r z ę t o w o n a r z e o z i m p l e m e n t a c j i p r o g r a m o w e j . Uzyskano z n a o z n i e l e p s z y w s k a ź n i k k o s z t / w y d a jn o ś ć w s t o s u n k u do n a j b l i ź s z y o h s ą s i a d ó w w s e r i i . P r z e n i e s i o n o o p t y m a - . l l z u j ą o y k o m p i l a t o r P L /8 o p ra o o w a n y d l a m a szyny IBM 801 t y p u RISC n a m a szyny s e r i i IBM 3 7 0 . K o m p i l a t o r t e n t r a k t o w a ł m aszyny s e r i i IBM 370 Jako r e j e s t r o w e i w y k o r z y s t y w a ł t y l k o p e w ie n p o d z b i ó r l i s t y i n s t r u k o j i . U zyska no z w i ę k s z e n i e s z y b k o ó o i d z i a ł a n i a o 5 0 # w s t o s u n k u do n a j - l e p s z y o h t r a d y o y j n y o h k o m p i l a t o r ó w o p t y m a l i z u j ą c y c h w y k o r z y s t u j ą c y c h p e ł n ą l i s t ę i n s t r u k o j i .

Uwagi końcowe

Nasuwa s i ę p y t a n i e d l a o z e g o t a k późno p o j a w i ł y s i ę m aszyny t y p u R IS C . T ru d n o u d z i e l i ó J e d n o z n a o z n e J o d p o w i e d z i g d y ż p r o b l e m J e s t z ł o ż o n y . Z ł o ł y ł o s i ę n a t o w i e l e o z y n n i k ó w , m ię

d z y i n n y m i p o s t ę p w b u d o w ie u k ła d ó w s o a l o n y o h , w z g lę d y h a n d l o w e i p o l i t y k a m a r k e t i n g o w a , a t a k ż e t r a d y o y j n o ó ó p o g lą d ó w k o n s t r u k t o r ó w . P r z y p u s z c z a l n i e n i e d o o e n i o n o w p o r ę m o ż l i w o ó o i w y n i k a j ą c y c h z p o s t ę p u t e c h n o l o g i i e l e k t r o n o w e j .

S ł a b ą s t r o n ą m a sz y n t y p u RISC s ą o p e r a c j e z m i e n n o p r z e o i n k o w e . Ze w z g lę d u n a i c h z ł o ż o n o ś ć i o z a s t r w a n i a , z g o d n i e z k o n o e p o j ą R IS C , n i e s ą im p le m e n to w a n e s p r z ę t o w o . Wydaje s i ę i e J e d n ą z m eto d p r z e z w y c i ę ż e n i a t e j s ł a b o ś o i J e s t w s p ó ł p r a o a p r o o e s o r a RISC z p r o c e s o r e m z m ie n n e g o p r z e c i n k a .

N a l e ż y p r z y p u s z c z a ć , ż e k o n o e p o j ą m aszyn RISC wywrze wpływ ń a a r o h i t e k t u r ę m aszyn r e a - l i z o w a n y o h w w i e l k i e j s k a l i i n t e g r a c j i ( V L S l ) . U k ład y w i e l k i e j s k a l i i n t e g r a c j i s ą t a k z ł o ż o n e , ż e p r o j e k t o w a n i e i o h i u s u w a n i e p o w s t a ł y o h b łę d ó w J e s t t r u d n e i wymaga d u żo c z a s u . P r z y j ę c i e k o n c e p c j i RISC z n a c z n i e u p r a s z o z a s t r u k t u r ę m a s z y n y , co w k o n s e k w e n c j i p r o w a d z i do z m n i e j s z e n i a z ł o ż o n o ó o i u k ła d ó w s o a l o n y o h w i e l k i e j s k a l i i n t e g r a c j i . W ydaje s i ę , ż e p r z y k ł a d e m i l u s t r u j ą c y m t ę t e z ę J e s t o p r a c o w a n i e w 1983 r . w W i e l k i e j B r y t a n i i m i k r o p r o c e s o r a ARM

( t h e Aoorn RISC M a o h i n e ) t y p u RISC w r e k o r d o w o k r ó t k i m o z a s i e . 1t o l ą g u 18 m i e s i ę o y s t a r t u j ą o z poziom u ze ro w e g o r o z p o c z ę t o p r o d u k c j ę t e g o m i k r o p r o c e s o r a w w e r s j i h a n d l o w e j . M i k r o p r o o e - s o r ARM z a w i e r a 25 0 0 0 t r a n z y s t o r ó w r o z m i e s z c z o n y c h n a p ł y t p e o p o w i e r z o h n i 50 mm 2 w y k o n a n e j w t e o h n i o e 3 Jurn.

I t /

B r a k i n f o r m a c j i w d o s t ę p n e j l i t e r a t u r z e .

(17)

- 15 -

P r z e p r o w a d z e n i e b a d a n i a w y k ą z a ły w y so k ą e f e k t y w n o ś ć ( p o l e p s z e n i e w s k a ź n i k a k o s z t / w y d a j n o ś ć ) m a szyn t y p u RISC d l a ję zyków p r o o e d u r a l n y o h . N ie J e s t s p r a w ą J a s n ą , o z y p r z y u ż y - o i u ję zyków t a k i ó h J a k S m a l l t a l k , o z y t e ż Języków s z t u o z n e j i n t e l i g e n o J i , t a k i o h j a k P r o l o g i L i s p m a szy n y t y p u RISC b ę d ą m i a ł y t e ż w y so k ą e f e k t y w n o ś ć .

Standardow ym j ę z y k i e m p o ś r e d n i m d l a r o z w a ż a n y o h m a szyn t y p u RISC j e s t j ę z y k C. P o w s t a je p y t a n i e , o z y a r c h i t e k t u r a m a szy n RISC J e s t s z o z e g ó l n i e dogodna d l a kodów g e n e r o w a n y o h p r z e z k o m p i l a t o r y j ę z y k a 0 , o z y t e ż a r o h i t e k t u r a m aszyn CISC j e s t s z o z e g ó l n i e n i e d o g o d n a d l a kodów g e n e r o w a n y o h p r z e z k o m p i l a t o r y J ę z y k a 0 .

Wydaje s i ę , że m a szyny t y p u RISC s z o z e g ó l n i e n a d a j ą s i ę do z a g a d n i e ń k o m b i n a t o r y o z n y o h

i p r z e t w a r z a n i a s y m b o l i , . ,

Ze w z g lę d u n a u p r o s z o z o n ą l i s t ę i n s t r u k o j i i k o r z y s t n y w s k a ź n i k k o s z t / w y d a j n o ś ć ma

s z y n y t y p u RISC z n a j d ą p o w sz e o h n e z a s t o s o w a n i e w o p r a o o w y w a n iu t e k s t ó w i g r a f i o . e k o m p u te r o

w e j . x

Wykaz l i t e r a t u r y

A z a r i a H . : P r e l i m i n a r y A n a l y s i s o f RISC A r c h i t e c t u r e s P e r f o r m a n c e . M i o r o p r o o e s s i n g a n d M io ro p ro g ra m m in g 1984 v o l . 1 4 , n r 3 / 4

B a s z e t t S . : M l o r o p r o o e s s o r s : S p eed U p . , P r i o e Down, and CMOS e v e r y w h e r e . C o m p u ter D e s i g n 1983 v o l 2 2 , n r 11 s . 1 1 7 - 1 8 7 .

Gay C . s The MC 6 8 0 2 0 , a T ru e 3 2 - b i t M i o r o p r o o e s s o r . M i o r o p r o o e s s o r s a n d M i o r o s y s t e m s 1 9 8 4 , v o l . 8 , n r 7 3 . 3 3 7 - 3 8 3 - -

H e n n e s s y J . L . t VLSI P r o o e s s o r A r o h i t e o t u r e . IEEE T r a n s , on C o m p u te r s 1984 v o l . C - 3 3 , n r 12 s . 12 2 1 -1 2 4 6

K l e i n e K . i R e o h n e r a r o h i t e k t u r : RISC g e g e n C IS C . C o m p u ter M agazin 1986 n r 1 / 2 s , 3 7 —40 K o r t h a u e r E . , R i o h t e r L . : Are RISCs S u b s e t s o f C IS C s? A D i s o u s s i o n o f R e d u o e d v e r s u s Complex I n s t r u o t i o n S e t s . M i o r o p r o o e s s i n g a n d M io ro p r o g ra m m in g 1984 v o l . 14 n r 1 s . 1 -8 P a t t e r s o n D . A . : R e d u o e d I n s t r u o t i o n S e t C o m p u t e r s . C o m m u n lo a tio n s o f t h e ACM 1985 v o l . 2 8 , n r 1 .

R i o h t e r L . : D i v e r g i n g T r e n d s i n M i o r o p r o o e s s o r A r o h i t e o t u r e s . M i o r o p r o o e s s i n g ’ 8 3 , 3 r d Symposium on M i o r o p r o o e s s i n g . B u d a p e s t 1983

S e q u i n C . H . , P a t t e r s o n D .A . : D e s i g n a n d I m p l e m e n t a t i o n o f RISC I VLSI A r o h i t e o t u r e 3 , e d . B . R a n d e l l , P . C . T r e l e a v e n . London 1983 s . 276—2 9 8 .

At 3 MIPS, RISC P r o o e s s o r i s Amoug F a s t e s t C h i p s A r o u n d . E l e o t r o n i o s , 1 9 8 5 , s . 4 8 - 4 9 .

hi

[

²

]

[3]

M

[5]

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⁶

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[7]

[8]

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(18)

• ? V- ' * ' ¡V-í : : Sáfe-

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