mirror of
https://github.com/Linux4Yourself/book.git
synced 2025-01-24 06:52:20 +08:00
46 lines
8.2 KiB
Markdown
46 lines
8.2 KiB
Markdown
|
# Виды популярных архитектур процессоров
|
|||
|
|
|
|||
|
|
Под архитектурой процессора обычно понимают две совершенно разные сущности.
|
|||
|
|
|
|||
|
|
С программной точки зрения — это совместимость с определённым набором команд (Intel x86), их структуры (система адресации, набор регистров) и способа исполнения (счётчик команд). Иначе говоря - это способность программы, собранной для архитектуры x86, работать практически на любой x86-совместимой системе. При этом такая программа не будет работать, например, на ARM системе.
|
|||
|
|
|
|||
|
|
С аппаратной точки зрения — это некий набор свойств и качеств, присущий целому семейству процессоров (Skylake – процессоры Intel Core 5 и 6 поколений).
|
|||
|
|
|
|||
|
|
## Виды архитектур
|
|||
|
|
|
|||
|
|
В этой статье мы рассмотрим самые распространенные и актуальные архитектуры с программной точки зрения, кроме узкоспециализированных (графических, математических, тензорных).
|
|||
|
|
|
|||
|
|
### CISC
|
|||
|
|
CISC (англ. Complex Instruction Set Computer — «компьютер с полным набором команд») — тип процессорной архитектуры, в первую очередь, с нефиксированной длиной команд, а также с кодированием арифметических действий в одной команде и небольшим числом регистров, многие из которых выполняют строго определенную функцию.
|
|||
|
|
|
|||
|
|
Самый яркий пример CISC архитектуры — это x86 (он же IA-32) и x86_64 (он же AMD64).
|
|||
|
|
|
|||
|
|
В CISC процессорах одна команда может быть заменена ей аналогичной, либо группой команд, выполняющих ту же функцию. Отсюда вытекают плюсы и минусы архитектуры: высокая производительность благодаря тому, что несколько команд могут быть заменены одной аналогичной, но большая цена по сравнению с RISC процессорами из-за более сложной архитектуры, в которой многие команды сложнее раскодировать.
|
|||
|
|
|
|||
|
|
### RISC
|
|||
|
|
RISC (англ. Reduced Instruction Set Computer — «компьютер с сокращённым набором команд») — архитектура процессора, в котором быстродействие увеличивается за счёт упрощения инструкций: их декодирование становится более простым, а время выполнения — меньшим. Первые RISC-процессоры не имели даже инструкций умножения и деления и не поддерживали работу с числами с плавающей запятой.
|
|||
|
|
|
|||
|
|
По сравнению с CISC эта архитектура имеет константную длину команды, а также меньшее количество схожих инструкций, позволяя уменьшить итоговую цену процессора и энергопотребление, что критично для мобильного сегмента. У RISC также большее количество регистров.
|
|||
|
|
|
|||
|
|
Примеры RISC-архитектур: PowerPC, серия архитектур ARM (ARM7, ARM9, ARM11, Cortex).
|
|||
|
|
|
|||
|
|
В общем случае RISC быстрее CISC. Даже если системе RISC приходится выполнять 4 или 5 команд вместо одной, которую выполняет CISC, RISC все равно выигрывает в скорости, так как RISC-команды выполняются в 10 раз быстрее.
|
|||
|
|
|
|||
|
|
Отсюда возникает закономерный вопрос: почему многие всё ещё используют CISC, когда есть RISC? Всё дело в совместимости. x86_64 всё ещё лидер в desktop-сегменте только по историческим причинам. Так как старые программы работают только на x86, то и новые desktop-системы должны быть x86(_64), чтобы все старые программы и игры могли работать на новой машине.
|
|||
|
|
|
|||
|
|
Для Open Source это по большей части не является проблемой, так как пользователь может найти в интернете версию программы под другую архитектуру. Сделать же версию проприетарной программы под другую архитектуру может только владелец исходного кода программы.
|
|||
|
|
|
|||
|
|
### MISC
|
|||
|
|
MISC (англ. Minimal Instruction Set Computer — «компьютер с минимальным набором команд»).
|
|||
|
|
|
|||
|
|
Ещё более простая архитектура, используемая в первую очередь для ещё большего уменьшения итоговой цены и энергопотребления процессора. Используется в IoT-сегменте и недорогих компьютерах, например, роутерах.
|
|||
|
|
|
|||
|
|
Для увеличения производительности во всех вышеперечисленных архитектурах может использоваться “спекулятивное исполнение команд”. Это выполнение команды до того, как станет известно, понадобится эта команда или нет.
|
|||
|
|
|
|||
|
|
### VLIW
|
|||
|
|
VLIW (англ. Very Long Instruction Word — «очень длинная машинная команда») — архитектура процессоров с несколькими вычислительными устройствами. Характеризуется тем, что одна инструкция процессора содержит несколько операций, которые должны выполняться параллельно.
|
|||
|
|
|
|||
|
|
По сути является архитектурой CISC со своим аналогом спекулятивного исполнения команд, только сама спекуляция выполняется во время компиляции, а не во время работы программы, из-за чего уязвимости Meltdown и Spectre невозможны для этих процессоров. Компиляторы для процессоров этой архитектуры сильно привязаны к конкретным процессорам. Например, в следующем поколении максимальная длина «очень длинной команды» может из условных 256 бит стать 512 бит, и тут приходится выбирать между увеличением производительности путём компиляции под новый процессор и обратной совместимостью со старым процессором. Опять же, Open Sourсe позволяет простой перекомпиляцией получить программу под конкретный процессор.
|
|||
|
|
|
|||
|
|
Примеры архитектуры: Intel Itanium, Эльбрус-3.
|