Bài tập lớn ĐỀ TÀI-nghiên cứu công nghệ RISC

Các kiểu thi hành một lệnh  Việc chọn số toán hạng cho một lệnh mã máy là một vấn đề then chốt vì phải có một sự cân đối giữa tốc độ tính toán và số các mạch tính toán phải dùng.. Tuỳ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

BÀI TẬP LỚN

MÔN: VI XỬ LÝ

ĐỀ TÀI:

Nghiên cứu công nghệ RISC

1 Công nghệ RISC

Giáo viên hướng dẫn :

Nguyễn Đình Chiến

Sinh Viên thực hiện :

Nguyễn Văn Duy

Vũ Khắc Điệp

Vũ Đức Giang Thân Thị Hà

NỘI DUNG

• 1 Tổng quan về RISC

• 2 Cách tổ chức mã lệnh trong RISC

• 3 Ứng dụng của RISC

• 4 CISC

• 5.So Sánh RISC và CISC

• 6.Tổng Kết

3 Công nghệ RISC

Công nghệ RISC

• I Tổng quan về RISC

– Ra đời đầu những năm 1980

– RISC: phương pháp thiết kế bộ vi xử lí theo hướng đơn giản hóa các tập lệnh

 Các tính chất của RISC

– Các lệnh có cùng chiều dài

– Kỹ thuật định đường ống

– Rẽ nhánh trễ

– Chỉ có các lệnh ghi hoặc đọc ô nhớ mới thâm nhập được vào ô nhớ – Bộ xử lí RISC có nhiều thanh ghi làm cho giảm việc truy cập vào bộ nhớ

– Xử lý các lệnh song song ILP

Công nghệ RISC

• II Ưu nhược điểm của RISC

• 1 Ưu điểm:

 Sử dụng công nghệ VLSI (Very Very-Large-Scale-Intergation) đường ống và đơn vị điều khiển bên trong chip vi xử lý RISC đơn giản

 Tốc độ xử lí cao hơn CISC

 Chi phí thiết kế VXL RISC giảm

 Độ tin cậy cao

 Hỗ trợ ngôn ngữ bậc cao

5 Công nghệ RISC

Công nghệ RISC

• 2 Nhược điểm

 Các chương trình dịch gặp nhiều khó khăn

 Không có lệnh nhân, chia, phép toán với dấu chấm động

 Không truy cập bộ nhớ không sắp xếp, không xử lý toán hạng không sắp xếp

 Không có các phép toán thực hiện trên bit

 Mật độ mã kém hơn CISC(mô tả mã thực thi của một chương trình được đóng gói chặt chẽ đến mức nào)

Cách tổ chức mã lệnh trong RISC

• I Các kiểu thi hành một lệnh

 Việc chọn số toán hạng cho một lệnh mã máy là một vấn đề then chốt vì phải có một sự cân đối giữa tốc độ tính toán và số các mạch tính toán phải dùng Tuỳ theo tần số sử dụng các

phép như trên mà các nhà thiết kế máy tính quyết định số

lượng các mạch chức năng cần thiết cho việc tính toán Thông thường số toán hạng thay đổi từ 0 tới 3

 Hiện tại các nhà sản xuất máy tính có khuynh hướng dùng kiến trúc phần mềm thanh ghi đa dụng vì việc thâm nhập các thanh ghi đa dụng nhanh hơn thâm nhập bộ nhớ trong, và vì các

chương trình dịch dùng các thanh ghi đa dụng có hiệu quả hơn

7 Công nghệ RISC

Cách tổ chức mã lệnh trong RISC

• II Kiêu kiến trúc thanh ghi đa dụng

• Đối với một lệnh tính toán hoặc logic điển hình (lệnh ALU),

có 2 điểm cần nêu lên:

 Một lệnh ALU phải có 2 hoặc 3 toán hạng Nếu trong lệnh có

3 toán hạng thì một trong các toán hạng chứa kết quả phép tính trên hai toán hạng kia Nếu trong lệnh có 2 toán hạng thì một trong hai toán hạng phải vừa là toán hạng nguồn, vừa là toán hạng đích

 Số lượng toán hạng bộ nhớ có trong lệnh Số toán hạng bộ nhớ

có thể thay đổi từ 0 tới 3 Trong nhiều cách tổ hợp có thể có các loại toán hạng của một lệnh ALU, các máy tính hiện nay chọn một trong 3 kiểu sau : thanh ghi-thanh ghi thanh ghi - bộ nhớ và bộ nhớ - bộ nhớ

Cách tổ chức mã lệnh trong RISC

• III Tập lệnh

 Gán trị

Việc gán trị, gồm cả gán trị cho biểu thức số học và logic,

được thực hiện nhờ một số lệnh mã máy

Lệnh tính toán số học: ADD, SUB, MUL, DIV

Lệnh logic: AND, OR, NOT, XOR

 Lệnh có điều kiện:

Nếu <điều kiện> thì <chuỗi lệnh 1> nếu không <chuỗi lệnh 2> Lệnh này buộc phải ghi nhớ điều kiện và nhảy vòng nếu điều kiện được thoả

9 Công nghệ RISC

Cách tổ chức mã lệnh trong RISC

 Ghi nhớ điều kiện

• Bộ làm tính ALU cung cấp kết quả ở ngã ra tuỳ theo các ngã vào và phép tính cần làm Các bit này là những đại lượng logic ĐÚNG hoặc SAI

• Có hai kỹ thuật cơ bản để ghi nhớ các bit trạng thái

Cách thứ nhất, ghi các trạng thái trong một thanh ghi đa dụng Cách thứ hai là để các bit trạng thái vào một thanh ghi đặc biệt

 Nhảy vòng

Các lệnh nhảy hoặc nhảy vòng có điều kiện, chỉ thực hiện lệnh nhảy khi điều kiện được thoả

Cách tổ chức mã lệnh trong RISC

 Vòng lặp

Trong trường hợp này, ta quản lý số lần lặp lại bằng một bộ đếm vòng lặp, và người ta kiểm tra bộ đếm này sau mỗi vòng lặp để xem đã đủ số vòng cần thực hiện hay chưa

 Các thủ tục

Các thủ tục được gọi từ bất cứ nơi nào của chương trình nhờ lệnh gọi thủ tục CALL Để khi chấm dứt việc thi hành thủ tục thì chương trình gọi được tiếp tục bình thường, ta cần lưu giữ địa chỉ trở về tức địa chỉ của lệnh sau lệnh gọi thủ tục CALL Khi chấm dứt thi hành thủ tục, lệnh trở về RETURN nạp địa chỉ trở về vào PC

11 Công nghệ RISC

Cách tổ chức mã lệnh trong RISC

• IV Các kiểu định vị

 Kiểu định vị định nghĩa cách thức thâm nhập các toán hạng Một vài kiểu xác định cách thâm nhập toán hạng bộ nhớ, nghĩa

là cách tính địa chỉ của toán hạng, các kiểu khác xác định các toán hạng nằm trong các thanh ghi

• V Kiểu của toán hạng và chiều dài của toán hạng

 Kiểu của toán hạng thường được đưa vào trong mã tác vụ của lệnh Có bốn kiểu toán hạng được dùng trong các hệ thống:

 Kiểu địa chỉ

 Kiểu dạng số: số nguyên, dấu chấm động,

 Kiểu dạng chuỗi ký tự: ASCII, EBIDEC,

 Kiểu dữ liệu logic: các bit, cờ,

Cách tổ chức mã lệnh trong RISC

• VI Kiểu định vị trong các bộ VXL RISC

 Định vị thanh ghi

 Định vị tức thì

 Định vị trực tiếp

 Định vị gián tiếp bằng thanh ghi + độ dời

 Định vị tự tăng

13 Công nghệ RISC

Ứng dụng của RISC

 Reduced Intruction Set Computer (RISC), Máy tính với

tập lệnh rút gọn

 Là một kiến trúc vi xử lý theo hướng đơn giản hóa tập lệnh Cho đến hiện nay (2007), các bộ vi xử lý RISC phổ biến là

DEC, ARC, ARM, AVR, PA-RISC, PowerPC của IBM

 Mục đích của RISC ngay từ ban đầu là xây dựng các lệnh đơn giản, mỗi lệnh có thể được thực hiện chỉ với một chu kỳ clock

 Các máy tính dựa trên RISC có thể được nâng cấp nhanh hơn

 Được ứng dụng làm đơn vị xử lý trung tâm điều khiển quang

báo

Ứng dụng của RISC

 Ngày nay, một số kiến trúc RISC được xây dựng dựa kiến trúc Harvard, trong đó bus dữ liệu và bus chương trình tách rời

nhau

 Kỹ thuật thiết kế RISC đem đến sức mạnh ngay cả ở những kích thước nhỏ

 Dùng trong các hệ thống nhúng công suất nhỏ

 Hầu hết các Mainframe ngày nay cũng hoàn toàn dựa trên

RISC

15 Công nghệ RISC

CISC và kiến trúc của CISC

1 CISC là gì?

 Cisc là một máy tính hướng dẫn cài đặt kiến trúc ISA,trong đó mỗi địa chỉ có thể thưc hiện một số hoạt động cấp thấp,chẳng hạn như là một tải từ bộ nhớ, một arithmetic hoạt động và một

bộ nhớ lưu chữ

2 Đặc điểm, thuận lợi của RISC

 các kiểu ô nhớ - ô nhớ và ô nhớ - thanh ghi, với những lệnh phức tạp và dùng nhiều kiểu định vị Điều này dẫn tới việc các lệnh có chiều dài thay đổi và như thế thì dùng bộ điều khiển vi chương trình là hiệu quả nhất

 Tiến bộ trong lĩnh vực mạch kết (IC) và kỹ thuật dịch chương trình làm cho các nhận định trước đây phải được xem xét lại, nhất là khi đã có một khảo sát định lượng về việc dùng tập

lệnh các máy CISC

16 Công nghệ RISC

CISC và kiến trúc của CISC

• 3 Khó khăn

 Cisc có số lương lệnh lớn

 Khả năng định địa chỉ phức tạp

 Thiết kế phần cứng khó khăn

 Mỗi CISC lệnh phải được dịch của các bộ xử lý vào mười

hoặc thậm chí hàng trăm dòng microcode, nó có xu hướng

chạy chậm hơn nhiều so với một loạt các đơn giản tương

đương lệnh mà không yêu cầu quá nhiều dịch

17 Công nghệ RISC

So sánh RISC và CISC

Parameter passing through On-chip register set “register windown Off-chip mermory

Tổng kết

 RISC cung cấp các chức năng để có được tốc độ xung nhịp

nhanh hơn

 Tuy nhiên có thể bạn không có được hiệu suất tốt hơn, và chắc chắn là sẽ phải bỏ ra nhiều tiền hơn

 Không thể phủ nhận khả năng của RISC Nó được hiểu như là một con đường đi tới mới, đầy hứng thú Cũng thật khác

thường là các vi xử lý CISC vẫn tiếp tục phát triển mạnh Mật

độ mã và khả năng tích hợp của chúng tốt hơn, và chúng cho hiệu suất tốt hơn bằng các lệnh hỗ trợ bit manipulation,

memory accesses, looping, decision trees,…

19 Công nghệ RISC