Rechner Architektur at Universität Erlangen-Nürnberg

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Speicher – Speicher:

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RISC

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RISC

Design-Prinzipien

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CISC – Architekturen

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VLIW – Architekturen

Vorteile:

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VLIW – Architekturen

Nachteile:

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Grundidee

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Statisches Scheduling

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Rechner Architektur

Vor/ Nachteile:

• Minimaler Aufwand, da nur ein Register existiert
• Wegen impliziter Adressierung Verkürzung des Befehlswortes
• Der interne Maschinenzustand (Kontext) ist minimal
• Unflexibel in der Programmierung
• Erhöhter Speicherverkehr → langsam

Rechner Architektur

Vor / Nachteile:

• Stackarchitekturen unterstützen speziell den Parametermechanismus und die
Parameterübergabe
• Es entsteht Speicherplatzsparender Code
• Kein wahlfreier Zugriff auf die Stackelemente möglich
• Stacktop stellt Flaschenhals dar
• Keine wirkliche Alternative zum Universal – Register – Modell

Rechner Architektur

Register – Register:

• ALU-Operationen verwenden nur Register-Adressen
• Zugriff auf den HS erfolgt nur über Lade-/ Speicherbefehle -> Load/ Store – Architektur
• Wegen ausschließlicher Verwendung (kurzer) Registeradressen sind alle Befehle gleich lang
→ gleiche Zykluslaufzeit
• Zugriff und Verarbeitung von HS-Operanden erfordern eine zusätzliche Load/ Store -
Operation

Rechner Architektur

Speicher – Speicher:

• Programmierer „sieht“ nur den HS und keine Register
• Uneffektiv wegen permanenter HS – Zugriffe
• Längerer Code, wegen langer HS – Adressen

Rechner Architektur

RISC

• Entstand wegen der Pareto-Regel → in 80% aller Programme kommt man mit 20% der
vorhandenen Maschinenbefehle aus
• Die 20% werden effektiviert, die 80% entstehen als Kombination der UltraSPARC 20% Befehle
➔ Reduced Instruction Set Computer
• Einführung 2. Hälfte der 80er (MIPS, DEC-Alpha, UltraSPARC)

Rechner Architektur

RISC

Design-Prinzipien

• Einfache und wenige Adressierungsarten
• Einfache Maschinenbefehle
• Gleich lange Befehle
• Load/ store- Architektur
• Einzyklusbefehle (CPI = Cycle per Instruction = 1)
• Kleiner Befehlssatz (<150)
• Wenige Befehlsformate
• Großer Registersatz (>32)
• Fest verdrahtetes Steuerwerk
• Universelle Register-Sätze
• Optimierende Compiler in Bezug auf den Registersatz

Rechner Architektur

CISC – Architekturen

Complex Instruction Set Computer
• Verkleinerung der semantischen Lücke durch viele komplexe Maschinenbefehle
• Variable und große Maschinenbefehlssätze
• Vielfältige Adressierungsarten
• Meist mikroprogrammiert
• Mehrere Zyklen pro Befehl
• Typ. Beispiel: DEC-VAX, Intelx86
Heute häufig Mischformen

Rechner Architektur

VLIW – Architekturen

Vorteile:

Vorteile:
• Einsparung von Chipfläche wegen Erkennung durch Compiler
• Einfacher Steuerpfad

Rechner Architektur

VLIW – Architekturen

Nachteile:

• Parallelisierender Compiler nötig
• Programme sind nicht portabel
• Häufig bleiben Teile des Befehlswortes ungenutzt
• Speicherintensiv

Rechner Architektur

Grundidee

Mehrere Befehle aus einem Befehlsstrom werden gleichzeitig von mehreren Funktionseinheiten verarbeitet, nutzt wie VLIW die Parallelität auf Befehlsebene

Rechner Architektur

Statisches Scheduling

die CPU bestimmt, welche Befehle parallel in einem Zyklus abgearbeitet werden. Reihenfolge der Befehle bleibt unverändert

Rechner Architektur

Merkmale:

• Es gibt nur ein Register (Akkumulator)
• Zweiter Operand liegt im Hauptspeicher
• Der Akkumulator dient als implizite Adresse für einen Quell- und den Zieloperanden
➔ Ein – Adress – Maschine

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