Bài tập lớn ĐỀ TÀI-nghiên cứu công nghệ RISC

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 :
Lê Thị Dung
Nguyễn Văn Duy
Vũ Khắc Điệp
Vũ Đức Giang
Thân Thị Hà
2
Công nghệ RISC
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
4 Công nghệ RISC
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).

6 Công nghệ RISC
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.



8 Công nghệ RISC
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
10 Công nghệ RISC
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,

12 Công nghệ RISC
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.
14 Công nghệ RISC
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
Title

RISC

CISC

Registers

many

few

Addressing modes

Few(R, I, J)

many

Pipelining

Extensive

Limited

Length of instructions

f ixed

v ariable

Memory access

Load and store instruction only

Many instructions

Register per instruction

Up to three

Up to two

Instruction timing

Single cycle except load and
store
Multiple cycle

Parameter passing
through

On
-chip register set “register windown

Off
-chip mermory
Control

hardwired

microcoded

Complexity

In the compiler of high level code

In the microcode

18 Công nghệ RISC
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