obsidian/Computer Science/Вычислительные системы/Процессоры и системы команд.md

Инорфмационный процессор

• Система (электрическая, механическая или биологическая), которая принимает информацию (последовательность символов или состояний) в одной форме и обрабатывает (преобразует) ее в другую форму
• Например: исходный сигнал в статистику, посредством алгоритмического процесса
• Включает:
  1. Ввод
  2. Процессор
  3. Хранилище
  4. Вывод

Универсальный процессор

Позволяет решать широкий круг задач, настройка которых производится после производства "по месту" или в run-time

Примечания

1. Универсальность != полнота по Тьюрингу
2. Теоретическая универсальность != практическая универсальность
3. Универсальность противоречит эффективности
4. Современный процессор - совокупность программного и аппаратного обеспечения

Свойства

1. Hardware and Software (двухэтапное производство)
2. Полнота по Тьюрингу
3. Отсутствие "серьезных" ограничений на "объем" программы
4. Изменяемость ПО

Виды процессоров

1. Application-Specific Integrated Circuit
2. Coarse-Grained Reconfigurable Arrays
3. Field-Programmable Gate Array
4. Digital Signal Processor
5. Graphics Processing Unit
6. Central Processing Unit

Архитектура процессора

То, как видит компьютер программист. Определена набором команд (язык), местом нахождения операндов (регистры и память) и вычислительными механизмами (кеш, прерывания и тд)

1. Множество разных архитектур
2. Чтобы понять архитектуру, нужно знать ее язык
3. Слова в языке компьютера - "инструкции" или "команды"
4. Словарный запас - "система команд"

Микроархитектура процессора

Соединение простейших цифровых элементов в логические блоки, предназначенные для выполнения команд определенной архитектуры

Примечания

1. Описывает, как в процессоре расположены и соединены друг с другом регистры, АЛУ, конечные автоматы, блоки памяти, интерфейсы ввода-вывода и тп
2. У каждой архитектуры может быть много микроархитектур, обеспечивающих разное соотношение производительности, цены, сложности, технической эстетики. Они смогут выполнять одни и те же программы
3. Если ISA и микроархитектура отличаются на уровне MoC - обычно требуется уровень виртуализации (ПО, аппаратура, транслятор и тд)

Система команд (ISA)

• Instruction Set Architecture
• Абстрактная модель процессора, формирующая интерфейс взаимодействия между программным обеспечением и процессором
• Производительность, энергопотребление и задержки часто не рассматриваются

Что входит

1. Типы данных
2. Модель памяти, система и методы адресации
3. Набор инструкций
4. Механизмы обработки прерываний и исключений
5. Методы ввода и вывода

Машинное слово

Фрагмент данных фиксированного размера, обрабатываемый как единое целое процессором

Разнообразие систем команд

1. Действие над памятью/регистрами
   • Произвольной сложности и длины (CISC)
   • Фиксированного формата (RISC)
2. Действие без указания обрабатываемых данных (стековый)
3. Управляющие сигналы процессора под видом команды (NISC)
4. Группа команд под видом одной команды (VLIW)
5. Действие над шиной данных (TTA)
6. Команды без последовательного исполнения (редукционные)
7. Система команд из одной команды (URISC)
8. Управляющие сигналы процессоров под видом команды (NITTA)