SZSZK21 - Architektúrák

RISC és CISC architektúrák
--------------------------

RISC (Reduced Instruction Set Computer) - csökkent utasításkészletű számítógép

- kevés, egyszerű utasítás
- fix utasításhossz

CISC (Complex Instruction Set Computer) - teljes utsítás készletű számítógép

- sok, bonyolult utasítás
- változó utasításhossz
- lassú (de a lefelé való kompatibilitás miatt még mindig ezt használja az Intel)


Utasítás végrehajtás
--------------------
1., Az utasítás beolvasása a processzorba
- A CPU-nak szüksége van arra, hogy hol találja meg az utasítást a menóriában. -> kell neki az utasítás memória beli címe. Ez az azonosító az IP-ben van. (instruction pointer)

2., Az utasítások elemzése

- Ha megvolt a beolvasás, akkor értelmezni kell, hogy mi a művelet. Egy ilyen utasítás két részből áll, magából a műveletből és az adatokból, amikkel el kell végezni a műveletet.

3., Operandusok beolvasása

- itt kiolvasásra kerülnek az operandusok cmíei, illetve maguk az operandusok.

4., A művelet végrehajtása

- Az ALU hajtja végre a műveleteket.

5., Az eredmény tárolása

- Az ALU átadja egy másik regiszternek, amely tárolja az adatot.

6., A következő utasítás címének meghatározása.


A processzor teljesítményét meghatározó tényezők
------------------------------------------------

- A számítógép digitális áramkörei ciklusokban működnek, amelyeket valamilyen ütemezéssel, frekvenciákkal működtetünk.

!!! Egy számítógép teljesítményét az alapján tudjuk meghatározni, hogy megmérjük az adott feladat elvégzésére fordított idejét. !!!

A feladat végrehajtásának ideje:

F = C x T x U

Ahol az F egy feladat végrehajtásához szükséges idő, a C egy utasításra eső átlagos ciklusszám,  a T egy ciklushoz szükséges idő, az U a feladat végrehajtásához szükséges utasításszám.

Mértékegység:

- A legegyszerűbben mérhető az időegység alatt végrehajtott utasítások átlagos száma:

- MIPS (Million Intrsuctions per Second - millió utasítás/másodperc)

- MFLOPS (Million Intrsuctions of Floating Point Operation per Second) - millió lebegőpontos utasítás per másodperc

Párhuzamos architektúrák
------------------------

1., Utasístás és adatfolyamok

- Utasításfolyam: Az utasítások egymás utáni sorozata, amelyeket egy program lefuttatása során hajt végre a számítógép. (Az utasításfolyam nem azonos a programutasítások sorozatával.)

- Adatfolyam: Az utasításfolyam utasításai mindig meghatározott adatokra hivatkoznak, amelyekkel a műveleteket el kell végezni. Ezek egymásutániságát, amilyen sorrendben rendelkezésre kell állniuk, nevezzük adatfolyamnak.

Fogalmak:

- SI - Single Instruction Stream: egyetlen vezérlő, egyetlen utasításfolyamot bocsát ki

- MI - Multiple Instruction Stream: a vezérlő több, egymástól elkülönülő folyamatot bocsát ki.

- SD - Single Data Stream: a műveletvégző egyetlen adatfolyamot hajt végre, dolgoz fel.

- MD - Multiple Data Stream: a műveletvégzők több adatfolyamot dolgoznak fel.

===> A fenti fogalmak kapcsán a következő architektúrák léteznek:

1., SISD (Single Instruction Stream Single Data Stream) típusú számítógép

- Egyetlen utasításfolyammal egyetlen adatfolyamot dolgoz fel.

Pl.: Neumann elvű gépek, A CPU-k is ilyenek voltak Pentium MMX-ig

2., SIMD (Single Instruction Stream Multi Data Stream) típusú számítógép

- Egyetlen utasításfolyammal többszörös adatfolyamot dolgoz fel.

Ezek a számítógépek a párhizamos művelet végrehajtáshoz több párhuzamos, egyidejű működésre képes művelet végző egységet (ALU) tartalmaznak. Vektorműveleteket képesek végrehajtani, gép utasítás szinten. (Ilyenek pl. A Pentium III CPU 3D grafikus utasításai) Két alaptípusuk van: közös tárolójú (Shared Memory) és az oszott tárolóval rendelkező gépek.(Distributed Memory)

3., MISD (Multiple Instruction Stream Single Data Stream) típusú számítógép

- Több utasításfolyammal egyetlen adatfolyamot dolgoz fel.

A gyakorlatban ilyen gépek nem léteznek. Ide sorolják az úgyn. hibatűrő architektúrákat -> ellenőrzés céljából lehetne használni.

4., MIMD (Multiple Instruction Stream Multiple Data Stream) típusú számítógép

- Több utasításfolyammal több adatfolyamot dolgoznak fel. 

- Ebbe a kategóriába tartoznak a multiprocesszoros számítógépek.