Компьютер с минимальным набором команд - Minimal instruction set computer

Типовой 4-х ступенчатый конвейер; цветные прямоугольники представляют собой инструкции, независимые друг от друга

Компьютер с минимальным набором команд (РАЗНОЕ) это центральное процессорное устройство (CPU), обычно в виде микропроцессор, с очень небольшим количеством основных операций и соответствующих коды операций вместе образуют Набор инструкций. Такие наборы обычно на основе стека скорее, чем регистровый уменьшить размер операнд спецификаторы.

Такой штабелеукладчик архитектура по своей сути проще, поскольку все инструкции работают с самыми верхними записями стека.

Одним из результатов архитектуры стека является общий меньший набор инструкций, позволяющий использовать меньший и более быстрый блок декодирования инструкций с более быстрой работой отдельных инструкций.

Отдельно от определения стека архитектуры MISC, архитектура MISC определяется количеством поддерживаемых инструкций.

  • Обычно считается, что компьютер с минимальным набором команд имеет 32 или меньше инструкций,[1][2][3][4] где NOP, RESET и CPUID инструкции типа обычно не учитываются консенсусом из-за их фундаментального характера.
  • 32 инструкции рассматриваются как максимально допустимое количество инструкций для MISC, хотя 16 или 8 инструкций ближе к тому, что подразумевается под "минимальными инструкциями".
  • MISC CPU не может иметь нулевых инструкций, так как это компьютер с нулевым набором команд.
  • MISC CPU не может иметь одну инструкцию, так как это один компьютер с набором команд[5]
  • Реализованные инструкции ЦП по умолчанию не должны поддерживать широкий набор входов, поэтому обычно это означает 8-разрядный или 16-разрядный ЦП.
  • Если у ЦП есть Бит NX, его с большей вероятностью будут рассматривать как компьютер со сложной системой команд (CISC) или компьютер с сокращенным набором команд (RISC).
  • Микросхемы MISC обычно не имеют какой-либо аппаратной защиты памяти, если нет особых причин для использования этой функции.
  • Если у ЦП есть микрокод подсистема, что исключает ее из MISC.
  • Единственный режим адресации считается приемлемым для ЦП MISC иметь загрузить / хранить, как и для компьютер с сокращенным набором команд (RISC) процессоры.
  • MISC CPU обычно могут иметь от 64 КБ до 4 ГБ доступной адресуемой памяти, но большинство проектов MISC имеют размер менее 1 мегабайта.

Кроме того, конвейеры команд MISC, как правило, очень просты. Инструкционные конвейеры, предсказание ветвления, внеочередное исполнение, зарегистрировать переименование, и спекулятивное исполнение в целом исключают ЦП из категории MISC-архитектуры.

История

Некоторые из первых цифровых компьютеров, оснащенных наборами команд, по современному определению были компьютерами с минимальным набором команд.

Среди этих различных компьютеров только ILLIAC и ORDVAC имели совместимые наборы команд.

Ранние компьютеры с хранимой программой

  • В IBM SSEC обладал способностью обрабатывать инструкции как данные и был публично продемонстрирован 27 января 1948 года. Эта способность была заявлена ​​в патенте США, выданном 28 апреля 1953 года.[7] Однако он был частично электромеханическим, а не полностью электронным. На практике инструкции считывались с бумажной ленты из-за ее ограниченной памяти.[8]
  • В Манчестер Бэби, посредством Университет Виктории в Манчестере, был первым полностью электронным компьютером, на котором была запущена хранимая программа. 21 июня 1948 г. он запустил программу факторинга в течение 52 минут после выполнения программы простого деления и программы, показывающей, что два числа относительно простой.
  • Электронный числовой интегратор и компьютер (ENIAC ) был изменен для работы в качестве простого компьютера с хранимой программой только для чтения (с использованием таблиц функций для программы только для чтения памяти (ROM) и был продемонстрирован как таковой 16 сентября 1948 г., запустив программу Адель Голдстайн для фон Неймана.
  • Двоичный автоматический компьютер (БИНАК ) выполнила несколько программ испытаний в феврале, марте и апреле 1949 г., но не была завершена до сентября 1949 г.
  • В Манчестер Марк 1 разработан на основе проекта Baby. Промежуточная версия Mark 1 была доступна для запуска программ в апреле 1949 года, но не была завершена до октября 1949 года.
  • В Электронный автоматический калькулятор запоминания задержки (EDSAC) запустил свою первую программу 6 мая 1949 года.
  • Электронный автоматический компьютер с дискретной переменной (EDVAC ) был доставлен в августе 1949 года, но имел проблемы, которые не позволяли ввести его в штатную эксплуатацию до 1951 года.
  • Автоматический компьютер Содружества научных и промышленных исследований (CSIRAC, ранее CSIR Mk I) выполнила свою первую программу в ноябре 1949 года.
  • Стандарты Восточного автоматического компьютера (SEAC ) был продемонстрирован в апреле 1950 года.
  • В Пилотный ACE запустил свою первую программу 10 мая 1950 года и был продемонстрирован в декабре 1950 года.
  • Стандарты Western Automatic Computer (SWAC ) был завершен в июле 1950 года.
  • В Вихрь был завершен в декабре 1950 г. и находился в эксплуатации в апреле 1951 г.
  • Первый Атлас ЭРА (позже коммерческий ERA 1101 / UNIVAC 1101) был установлен в декабре 1950 года.

Слабые стороны дизайна

Недостатком MISC является то, что инструкции, как правило, имеют более последовательные зависимости, что снижает общее параллелизм на уровне инструкций.

Архитектуры MISC имеют много общего с некоторыми особенностями некоторых языки программирования Такие как Четвертый использование стека, а Виртуальная машина Java. Оба слабы в обеспечении полного параллелизм на уровне инструкций.

Известные процессоры

Вероятно, самым коммерчески успешным MISC был оригинальный INMOS. транспьютер архитектура, в которой не было блок с плавающей запятой. Однако многие 8 бит микроконтроллеры для встраиваемых компьютерных приложений квалифицируются как MISC.

Каждый СТЕРЕО космический корабль включает два процессора MISC P24 и два процессора CPU24 MISC.[9][10]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Тинг, Чен-хансон; Мур, Чарльз Х. (1995). «MuP21: высокопроизводительный MISC-процессор». UltraTechnology. Offete Enterprises, Inc.
  2. ^ Патент США 5481743A, Бакстер, Майкл А., "Архитектура компьютера с минимальным набором команд и метод выдачи множественных инструкций", опубликовано 02 января 1996 г., выпущено 02 января 1996 г., передано Apple Inc. 
  3. ^ Бакстер, Майкл А. (1993). «Архитектура компьютера с минимальным набором команд и метод выдачи нескольких команд». Google.
  4. ^ Халверсон, Ричард младший; Лью, Искусство (1995). «Компьютер с минимальным набором команд на основе ПЛИС». CiteSeerX. Государственный университет Пенсильвании. п. 23.
  5. ^ Kong, J.H .; Ang, L.-M .; Сенг, К.П. «Процессор AES с минимальным набором команд с использованием архитектуры Гарварда» .2010.Дои:10.1109 / ICCSIT.2010.5564522
  6. ^ Робертсон, Джеймс Э. (1955). Illiac Design Techniques: номер отчета UIUCDCS-R-1955-146 (Отчет). Урбана – Шампейн, Иллинойс: Лаборатория цифровых компьютеров, Иллинойский университет в Урбане-Шампейн.
  7. ^ Патент США 2636672, Гамильтон, Фрэнсис Э .; Хьюз, Эрнест С. Младший и Роули, Рассел А. и др., "Электронный калькулятор выборочной последовательности", выпущенный 28 апреля 1953 года, переданный IBM 
  8. ^ Грош, Герберт Р.Дж. (1991). Компьютер: кусочки жизни. Книги третьего тысячелетия. ISBN  978-0-8873-3085-8.
  9. ^ Mewaldt, R.A .; Cohen, C.M.S .; Cook, W. R .; Cummings, A.C .; и другие. Низкоэнергетический телескоп (LET) и центральная электроника SEP для миссии STEREO (PDF) (Отчет).
  10. ^ Рассел, К. (2008). Миссия STEREO (Отчет).

внешняя ссылка