Микропроцессоры типа RISC
Микропроцессоры типа RISC содержат только набор простых, чаще всего встречающихся в программах команд. При необходимости выполнения более сложных команд в микропроцессоре производится их автоматическая сборка из простых. В этих МП все простые команды имеют одинаковый размер и на выполнение каждой из них тратится один машинный такт (на выполнение даже самой короткой команды из системы CISC обычно тратится четыре такта). Один из первых МП типа RISC — ARM (на его основе был создан ПК IBMPCRT): 32-разрядный МП, имеющий 118 различных команд. Современные 64-разрядные RISC-микропроцессоры выпускаются многими фирмами: Apple (PowerPC), IBM (PPC), DEC (Alpha), HP (PA), Sun (UltraSPARC) ит.д. '
Микропроцессоры PowerPC (PerformanceOptimizedWithEnhancedPC) весьма перспективны и уже сейчас широко применяются в машинах-серверах и в ПК типа Macintosh. Микропроцессоры PowerPC имеют тактовую частоту до 800 МГц, а микропроцессоры Alpha — тактовую частоту 1800 МГц. Микропроцессоры типа RISC характеризуются очень высоким быстродействием, но они программно не совместимы с CISC-процессорами: при выполнении программ, разработанных для ПК типа IBMPC, они могут лишь эмулировать (моделировать, имитировать) МП типа CISC на программном уровне, что приводит к резкому уменьшению их эффективной производительности.
Микропроцессоры типа VLIW
Это сравнительно новый и весьма перспективный тип МП. Микропроцессоры типа VLIW в 2004 году выпускают фирмы:
□ Transmeta — это микропроцессор Crusoe моделей ТМ3120, ТМ5400, ТМ5600 (технология 0,18 мкм, тактовые частоты до 700 МГц);
□ Intel — модель Mersed (торговая марка Itanium, 800 МГц);
□ Hewlett-Packard (HP) — модель McKinley.
Следует заметить, что при более глубоком анализе технология EPIC (ExplicitlyParallelInstructionComputing — вычисления с явной параллельностью инструкций), которой придерживаются фирмы Intel и HP, незначительно отличается от технологии VLIW, принятой за основу фирмой Transmeta. Но эти отличия несущественны, поэтому микропроцессоры VLIW и EPIC можно отнести к одной группе.
МП Merced — первый процессор, использующий полный набор 64-битовых инструкций (IntelArchitecture-64, IA-64; именно эта технология называется EPIC). Микропроцессор с тактовой частотой 1200 МГц изготавливается по технологическим нормам 0,18 мкм. К VLIW-типу можно отнести и ожидавшийся в 2002 году МП Elbrus 2000 — Е2К, разработанный российской компанией «Эльбрус». И хотя Е2К пока существует в виде компьютерной модели, этот процессор оставил «российский след» в американских проектах — о схожести определенных черт Е2К и процессора Crusoe компании Transmeta, а также архитектуры IA-64 (Intel и HP) много писалось в прессе.
Программисты доступа к внутренним VLIW-командам не имеют: все программы (даже операционная система) работают поверх специального низкоуровневого программного обеспечения (CodeMorphing), которое ответственно за трансляцию команд CISC-микропроцессоров в команды VLIW. МП типа VLIW вместо сложной схемной логики, обеспечивающей в современных суперскалярных микропроцессорах параллельное исполнение команд, опираются на программное обеспечение. Упрощение аппаратуры позволило уменьшить габариты МП и потребление энергии (эти МП иногда называют «холодными»).
Архитектура CISC появилась в 1978 году. Тогда процессоры представляли собой скалярные устройства (то есть могли в каждый момент времени выполнять только одну команду), при этом конвейеров практически не было. Процессоры содержали десятки тысяч транзисторов. МП RISC были разработаны в 1986 году, когда технология суперскалярных конвейеров только начала развиваться. Процессоры содержали сотни тысяч транзисторов. В конце 90-х наиболее совершенные процессоры уже содержат миллионы, десятки миллионов транзисторов. Первые МП архитектуры IA-64 содержат десятки миллионов транзисторов. В дальнейших модификациях их число, вероятно, увеличится до сотен миллионов.
Архитектура IA-64 не является ни 64-разрядным расширением архитектуры CISC, ни переработкой архитектуры RISC. IA-64 представляет собой новую архитектуру, использующую длинные слова команд (LIW), предикаты команд (instructionpredication), исключение ветвлений (branchelimination), предварительную загрузку данных (speculativeloading) и другие ухищрения для того, чтобы обеспечить больший параллелизм выполнения программ. Но тем не менее, IA-64 — это компромисс между CISCи RISC, попытка сделать их совместимыми: существуют два режима декодирования команд — VLIW и старый CISC. Программы автоматически переключаются в необходимый режим исполнения. Для работы
с VLIW операционные системы должны содержать и 64-разрядную часть на IA-64, и старую 32-разрядную.
Все новые МП создаются на основе технологий, обеспечивающих формирование элементов с линейным размером порядка 0,015 мкм и ниже (традиционные МП 80486 и Pentium использовали элементы 0,8 мкм).
Уменьшение размеров элементов обеспечивает возможность:
□ увеличения тактовой частоты МП до сотен мегагерц и выше;
□ уменьшения перегрева МП, что позволяет использовать пониженное напряжение питания 1-2 В (вместо 5 В).