Assembly Öğreniyorum-5

Mikroişlemci Mimarisi

CISC ( Complex Instruction Set Computer – Karmaşık Komut Setli Bilgisayar )

Bu mimari programlanması kolay ve etkin bellek kullanımını sağlayan tasarım felsefesinin bir türüdür.

– Performans düşüklüğüne sebep olur.
– İşlemciyi daha karmaşık hale getirir.
+ Yazılımı basitleştirir.

CISC mimarisinin karakteristik iki özelliğinden birisi; değişken uzunluktaki komutlar, diğeri ise karmaşık komutlardır. Değişken ve karmaşık uzunluktaki komutlar bellek tasarrufu sağlar. Karmaşık komutlar iki yada daha fazla komutu tek bir komut haline getirdikleri için hem bellekte hem programda yer alması gereken komut sayısından tasarruf sağlar.

CISC Mimarisinin Üstünlükleri

– Mikro programlama, assembly dilinin yürütülmesi kadar kolaydır ve sistemdeki kontrol biriminden daha ucuzdur.
– Yeni komutlar ve mikro kod ROM’a eklemennin kolaylığı tasarımcılara CISC makinelerini geriye doğru uyumlu yapmalarına izin verir.
– Herbir komut daha yetenekli olmaya başladığından, verilen bir görevi yürütmek için daha az komut kullanılır.
– Mikro program komut kümeleri, yüksek seviyeli dillerin yapılarına benzer biçimde yazılabildiğinden, derleyici karmaşık olmak zorunda değildir.

CISC Mimarisinin Dezavantajları

– Komut kodu ve çip donanımı bilgisayarların her kuşağıyla birlikte daha karmaşık hale gelmiştir.
– Makine performansını düşürür.
– Çoğu özel güçlü komutlar geçerliliklerini doğrulamak için yeteri kadar sık kullanılmıyor. Tipik bir programda mevcut komutların yaklaşık  %20sini kullanılıyor.
– Komutlar genellikle bayrak (durum) kodunu, komuta bir yan etki olarak kurar. Bu ise ek cycle (çevrim) yani bekleme demektir. Aynı zamanda, sıradaki komutlar işlem yapmadan önceden bayrak bitlerinin mevcut durumunu bilmek durumundadır. Buda yine ek cycle demektir.

Özet olarak :

Karmaşık komut setli bilgisayar, bilgisayarın işlemcisinin komutlarının tipini ifade eder ve komutların karmaşık olan bir işlemci de her komutun işlemci tarafından decode edilmesi uzun sürer, ve devrenin bu biçimi silikon üzerinde de fazladan yer kaplamasına neden olmaktadır. RISC işlemciler komut sayısını azaltarak, performans kazanmayı hedeflemiştir.

CISC bir işlemcinin tek bir komut ile yaptığı işlem, RISC bir işlemci ile 2 ya da daha fazla komutla yerine getirilebilmektedir. Ama yine de RISC mimarisinin avantajları ile bu işlemciler aynı saat frekansları ile daha yüksek işlem gücüne sahip olabilmektedirler.

Ancak CISC bir işlemcinin doğrudan assembler ile programlanması insanlar için çok daha kolaydır. Bu da yüksek seviyeli programlama dillerinin pek kullanılmadığı yıllarda avantajken, günümüzde assembler ile programlamanın yapıldığı alanlar çok azaldığından, avantajını yitirmiştir. Günümüzdeki Intel ve AMD işlemciler de aslında CISC işlemcilerdir, fakat derinlerinde aslında karışık komutlar daha basit RISC komutları sayılabilecek parçalara dönüştürülerek işlenirler.

RISC ( Reduced Instruction Set Computer – İndirgenmiş Komut Takımı Bilgisayarı )

Risc mimarisi, cisc mimarili işlemcilerin kötü yanlarını piyasanın tepkisi ve ona bir alternatif olara, işlemci mimari tasarımlarında söz sahibi olan IBM, Apple ve Motorola gibi firmalarca sistematik bir şekilde geliştirilmiştir.

Risc Mimarisinin Özellikleri

Risc mimarisi aynu anda birden çok komutun birden fazla birimde işlendiği iş hattı (pipelining) tekniği ve süperskalar yapılarının kullanımıyla yüksek bir performans sağlamıştır. Pipelining yöntemini şu şekilde açıklayabilirim :

Çamaşır yıkamaya benzetebileceğimiz kullanışlı bir metotdur. O anda sadece ihtiyacımız olan çamaşırları yıkamalı, kurulamalı ve katlamalıyız. 30 dakikada çamaşırları yıkamak, daha sonra 40 dakikada kurulama ve 20 dakikada katlama işlemini yapalım.Daha sonra 2inci parti çamaşırları makineye atalım, kurulayalım, katlayalım ve 3üncü ve 4üncü parti çamaşırlarımız için bu işlemleri tekrarlamış olalım. 18.00da başladığımız  çamaşır işi için mümkün olduğu kadar çalıştık ama gece yarısına kadar sürdü.

Fakat akıllı bir yaklaşımla bu süreç kısaltılabilinir. İlk parti çamaşırlamız yıkandıktan sonra onları kurulama işlemine geçirmeden hemen önce 2inci parti çamaşırları makineye atalım. Daha sonra ilk parti çamaşırları kuruladıktan sonra 2inci parti çamaşırları kurulamaya alabilir ve 3üncü parti çamaşırları makineye atabiliriz ve o esnada ilk parti çamaşarıların ütüleme işlemini yapabiliriz. Böylelikle 2 ve 3üncü çamaşır yıkama işlemini bir iş hattına sokmuş olduk. Bu yöntemle tüm çamaşırların yıkanma, durulanma ve ütülenme işlemi 21,30 da bitirebildik.

Risc mimarisinin özelliklerini sıralamak gerekirse :

– Komut kümesi küçülmüştür, adresleme modları azaltılmıştır.
– Bir çevrimlik zamanda bir komut işlenir.
– Aynı uzunluk ve sabit formatta komut kümesine sahiptir.
– Ana belleğe sadece “load” ve “store” komutlarıyla erişir, operasyonları kaydedici üzeirnde yapar.
– Bütün icra birimleri mikrokokd kullanmadan donanımsal çalışır.
– Yüksek seviyeli dilleri destekler.
– Çok sayıda kaydediciye sahiptir.

RISC Mimarisinin Üstünlükleri

– Hız
– Basit donanım
– Kısa tasarım zamanı

Yüksek düzeyli dillerde yazılmış olan programların CISC makinelerde derlenmesi ile elde edilen kodlar incelendiğinde:

• Çok sayıda atama (A=B) yapıldığı
• Erişilen verilerin çoğunlukla yerel ve skaler(dizi ve matris olmayan) veriler olduğu
• Makine dili programlarda en büyük yükü altprogram çağrılarının oluşturduğu
• Altprogramların büyük çoğunluğunun (%98) 6 veya daha az parametre aldığı
• Altprogramların büyük çoğunluğunun (%92) 6 veya daha az yerel değişken kullandığı
• Altprogram çağırma derinliğinin büyük çoğunlukla (%99) 8’den daha az olduğu belirlenmiştir. Yüksek düzeyli programlama dillerinin oluşturduğu bu veriler dikkate alınarak merkezi işlem birimlerinin performanslarını artırmak amacıyla daha az bellek erişimi yapan, ve:
• Daha az sayıda komut
• Daha az sayıda adresleme kipi
• Sabit uzunlukta komut yapısı (komut çözme işi kolaydır)
• Doğrudan bellek üzerinde işlem yapan komutlara sahip olmayıp, işlemlerin iç saklayıcılarda yapılmasıBelleğe sadece okuma/yazma işlemleri için erişme
• Tek çevrimde alınıp yürütülebilen komutlar (komut işhattı sayesinde)
• Devrelendirilmiş (hardwired) donanım birimi özelliklerine sahip olan RISC işlemciler tasarlanmıştır. Bazıları tüm RISC makinelerde bulunmayan bazıları ise CISC makinelerde de rastlanılabilen RISC işlemciler için özellikle önemli özellikler ise:

• Çok sayıda saklayıcı (register file)
• Kesişimli saklayıcı penceresi (overlapped register window)
• Komutlar için optimize edilebilen işhattı (pipeline)
• Derleyici desteği

olarak sayılabilir.

Yazar : Uğur ESKİCİ

Kaynak göstermek koşulu ile alıntı yapabilirsiniz. Assembly öğreniyorum yazı dizim, 6802 Intel işlemcileri baz alınarak kendi yorumlarım/anlatımlarım, ders notlarım ve çeşitli internet kaynaklarından ufak alıntılar ile düzenlenlenerek yazılmıştır.