Основоположником
архитектуры ЭВМ, называемой компьютер с полным набором команд (Complete Instruction Set Computer — CISC), считают компанию IBM с ее базовой архитектурой IBM/360, ядро которой используется с 1964 года. К классическим CISC-архитектурам можно отнести архитектуру VAX. Микропроцессоры компании Intel (архитектурный ряд х8б и Pentium) достаточно близки к данной архитектуре.
Для CISC-процессоров характерно:
- сравнительно небольшое число регистров общего назначения (16 регистров у классических CISC-архитектур);
- большое количество машинных команд, некоторые из которых нагружены семантически аналогично операторам высокоуровневых языков программирования и выполняются за несколько тактов;
- большое количество методов адресации;
- большое количество поддерживаемых форматов команд различной разрядности;
- преобладание двухадресного формата команд.
Архитектура, называемая компьютер с сокращенным набором команд (Reduced Instruction Set Computer — RISC), появилась благодаря тому, что еще в середине 70-х годов XX века некоторые разработчики компьютерных архитектур заметили, что даже у компьютеров сложной архитектуры большая часть времени уходит на выполнение простых команд. Это наблюдение легло в основу работ по созданию IBM 801 — первой RISC-машины, разработка которой была завершена к 1979 году.
Само понятие RISC было введено Дэвидом Паттерсоном (David Patterson), преподавателем университета Беркли, в 1980 году.
Основными чертами концепции RISC-архитектуры являются:
- одинаковая длина команд;
- единый формат команд. (или, по крайней мере, использование не более двух-трех форматов);
- операндами всех арифметических и логических команд могут быть только регистры;
- команды выполняют только простые действия;
- выполнение любой команды производится не дольше, чем за один такт;
- большой регистровый файл;
- только простая адресация.
В системах программирования для RISC-архитектуры практически всегда присутствуют "умные" компиляторы, имеющие большие возможности по оптимизации кода.
Архитектура с длинным командным словом (Very Long Instruction Word — VLIW) — это статическая суперскалярная архитектура. Несколько простых команд упаковывается компилятором в длинное слово. Слово соответствует набору функциональных устройств. Распараллеливание кода производится на этапе компиляции, и в машинном коде уже присутствует явный параллелизм.
Примером реализации VLIW-архитектуры является суперкомпьютер Эльбрус-3. Собственно длинное командное слово занимает 256 бит в упакованном виде и до 500 бит в распакованном представлении. Микрораспараллеливание на уровне операций обеспечивается как для скалярных, так и для векторных вычислений. В каждой команде в максимальном варианте может запускаться одновременно до 7 арифметико-логических операций. В качестве аргументов они могут использовать результаты ранее выполненных операций, поступающие непосредственно с выхода арифметико-логических устройств, либо из быстрой регистровой памяти (буферы стека емкостью 1024 слова или буферы считанных элементов массивов емкостью 512 слов). Предусмотрено одновременное параллельное обращение по 8 каналам в локальную и (или) глобальную память.
Развитием данной архитектуры являются вычисления с явным параллелизмом команд (Explicitly Parallel Instruction Computing — EPIC). Концепция EPIC разработана совместно компаниями Intel и Hewlett-Packard. Она обладает достоинствами VLIW, но лишена ее недостатков (например, использует специальные механизмы для исключения неэффективности кодов традиционных VLIW-архитектур, требовавших применения пустых команд для заполнения пустых машинных тактов). Данная архитектура имеет следующие основные особенности:
- масштабируемость архитектуры до большого количества функциональных устройств;
- явный параллелизм в машинном коде;
- предикатное выполнение команд, исключающее переходы. Команды из разных частей условного ветвления снабжаются предикатными полями и запускаются параллельно.
