Компьютер с минимальным набором команд

Компьютер с минимальным набором команд ( MISC ) — это архитектура центрального процессора (ЦП), обычно в форме микропроцессора , с очень небольшим количеством основных операций и соответствующих кодов операций , вместе образующих набор команд . Такие наборы обычно основаны на стеке, а не на регистрах, чтобы уменьшить размер спецификаторов операндов .

Такая архитектура стековой машины по своей сути проще, поскольку все инструкции работают с самыми верхними записями стека.

Одним из результатов архитектуры стека является общий меньший набор команд, что позволяет использовать меньший по размеру и более быстрый блок декодирования команд с общей более быстрой работой отдельных инструкций.

и дизайна Характеристики философия

Отдельно от определения стека архитектуры MISC, архитектура MISC определяется количеством поддерживаемых инструкций.

Обычно компьютер с минимальным набором команд рассматривается как имеющий 32 или менее инструкций. ^[1]^[2]^[3] где инструкции типов NOP, RESET и CPUID обычно не учитываются по согласованию из-за их фундаментального характера.
32 инструкции считаются максимально допустимым количеством инструкций для MISC, хотя 16 или 8 инструкций ближе к тому, что подразумевается под «минимальными инструкциями».
ЦП MISC не может иметь нулевых инструкций, поскольку это компьютер с нулевым набором команд .
ЦП MISC не может иметь одну инструкцию, поскольку это компьютер с одним набором команд . ^[4]
Реализованные инструкции ЦП по умолчанию не должны поддерживать широкий набор входных данных, поэтому обычно это означает 8-битный или 16-битный ЦП.
Если ЦП имеет бит NX , его, скорее всего, будут рассматривать как компьютер со сложным набором команд (CISC) или компьютер с сокращенным набором команд (RISC).
Микросхемы MISC обычно не имеют какой-либо аппаратной защиты памяти, если только нет конкретной причины для использования этой функции.
Если ЦП имеет подсистему микрокода , это исключает его из числа MISC.
Единственный режим адресации, который считается приемлемым ^{[ кем? - Обсуждать ]} для процессора MISC необходимо загрузить/сохранить , так же, как и для процессоров компьютера с сокращенным набором команд (RISC).
ЦП MISC обычно могут иметь от 64 КБ до 4 ГБ доступной адресуемой памяти, но большинство конструкций MISC имеют объем менее 1 мегабайта.

Кроме того, конвейеры команд MISC, как правило, очень просты. Конвейеры инструкций , предсказание ветвей , выполнение вне очереди , переименование регистров и спекулятивное выполнение в целом исключают классификацию ЦП как архитектуру MISC.

В то время как 1-битные процессоры в остальном устарели (и не были ни MISC, ни OISC), первый компьютер на углеродных нанотрубках представляет собой 1-битный компьютер с одним набором команд и имеет только 178 транзисторов и, следовательно, вероятно, имеет наименьшую сложность (или следующий по сложности). самый низкий) процессор, произведенный на данный момент (по количеству транзисторов ).

История [ править ]

Некоторые из первых цифровых компьютеров, реализованных с наборами команд, по современному определению были компьютерами с минимальным набором команд.

Среди этих различных компьютеров только ILLIAC и ORDVAC имели совместимые наборы команд.

Manchester Baby (Манчестерский университет, Англия) совершил первый успешный запуск сохраненной программы 21 июня 1948 года.
Электронный автоматический калькулятор с памятью задержки (EDSAC, Кембриджский университет , Англия) был первым практическим электронным компьютером с хранимой программой (май 1949 г.).
Manchester Mark 1 ( Манчестерский университет Виктории , Англия), разработанный у младенца (июнь 1949 г.)
Автоматический компьютер Содружества по научным и промышленным исследованиям ( CSIRAC , Совет по научным и промышленным исследованиям ), Австралия (ноябрь 1949 г.)
Электронный автоматический компьютер с дискретными переменными ( EDVAC , Лаборатория баллистических исследований , Вычислительная лаборатория Абердинского полигона, 1951 г.)
Автоматический компьютер с дискретными переменными боеприпасов ( ORDVAC , Университет Иллинойса в Урбане-Шампейне ) на Абердинском полигоне, штат Мэриленд (завершен в ноябре 1951 г.) ^[5]
Машина IAS в Принстонском университете (январь 1952 г.)
МАНИАК I в научной лаборатории Лос-Аламоса (март 1952 г.)
МЭСМ провел свой первый испытательный запуск в Киеве 6 ноября 1950 года.
Иллинойский автоматический компьютер ( ILLIAC ) в Университете Иллинойса (сентябрь 1952 г.)

Ранние компьютеры программой с хранимой

IBM SSEC обладала способностью обрабатывать инструкции как данные и была публично продемонстрирована 27 января 1948 года. Эта способность была заявлена в патенте США, выданном 28 апреля 1953 года. ^[6] Однако он был частично электромеханическим, а не полностью электронным. На практике инструкции читались с бумажной ленты из-за ее ограниченной памяти. ^[7]
Manchester Baby , созданный Манчестерским университетом Виктории , был первым полностью электронным компьютером, на котором запускалась хранимая программа. 21 июня 1948 года он запустил программу факторинга в течение 52 минут после запуска простой программы деления и программы, показывающей, что два числа являются относительно простыми .
Электронный числовой интегратор и компьютер ( ENIAC ) был модифицирован для работы в качестве примитивного компьютера с хранимой программой только для чтения (с использованием функциональных таблиц для постоянного запоминающего устройства программы (ПЗУ) и был продемонстрирован как таковой 16 сентября 1948 года с запуском программа Адель Голдстайн для фон Неймана.
Двоичный автоматический компьютер ( BINAC ) запускал несколько тестовых программ в феврале, марте и апреле 1949 года, но был завершен только в сентябре 1949 года.
Manchester Mark 1 разработан на основе проекта Baby. Промежуточная версия Mark 1 была доступна для запуска программ в апреле 1949 года, но была завершена только в октябре 1949 года.
Электронный автоматический калькулятор с памятью задержки (EDSAC) запустил свою первую программу 6 мая 1949 года.
Электронный автоматический компьютер с дискретными переменными ( EDVAC ) был поставлен в августе 1949 года, но у него были проблемы, из-за которых он не мог быть введен в регулярную эксплуатацию до 1951 года.
Автоматический компьютер Содружества для научных и промышленных исследований ( CSIRAC , ранее CSIR Mk I) запустил свою первую программу в ноябре 1949 года.
Стандартный Восточный автоматический компьютер ( SEAC ) был продемонстрирован в апреле 1950 года.
Pilot ACE выполнил свою первую программу 10 мая 1950 года и был продемонстрирован в декабре 1950 года.
Автоматический компьютер Western Standards ( SWAC ) был завершен в июле 1950 года.
Whirlwind . был завершен в декабре 1950 года и вступил в эксплуатацию в апреле 1951 года
Первый ERA Atlas (позже коммерческий ERA 1101/UNIVAC 1101) был установлен в декабре 1950 года.

Слабые стороны конструкции [ править ]

Недостатком MISC является то, что инструкции имеют тенденцию иметь более последовательные зависимости, что снижает общий параллелизм на уровне инструкций .

Архитектуры MISC имеют много общего с некоторыми особенностями некоторых языков программирования, такими как виртуальная использование стека в Форте и машина Java . Оба они слабы в обеспечении полного параллелизма на уровне инструкций . Однако можно использовать объединение макроопераций как средство выполнения общих фраз инструкций как отдельных шагов (например, ADD, FETCH для выполнения одного чтения индексированной памяти).

процессоры Известные

Вероятно, наиболее коммерчески успешным MISC была оригинальная транспьютерная архитектура INMOS, в которой не было блока вычислений с плавающей запятой . Однако многие 8-битные микроконтроллеры для встраиваемых компьютерных приложений квалифицируются как MISC.

Каждый космический корабль STEREO включает в себя два процессора MISC P24 и два процессора CPU24 MISC. ^[8]^[9]^[10]^[11]

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

^ Тин, Чен-Хансон; Мур, Чарльз Х. (1995). «MuP21: высокопроизводительный MISC-процессор» . Ультратехнологии . Оффете Предприятия.
^ Патент США 5481743A , Бакстер, Майкл А., «Компьютерная архитектура с минимальным набором команд и метод выдачи нескольких команд», опубликован 2 января 1996 г., выдан 2 января 1996 г., передан Apple.
^ Халверсон, Ричард младший; Лью, Искусство (1995). Компьютер с минимальным набором команд на основе FPGA (технический отчет). Факультет информации и компьютерных наук Гавайского университета. п. 23. ИКС-ТР-94-28.
^ Конг, Дж. Х.; Анг, Л.-М.; Сенг, КП (2010). «Процессор AES с минимальным набором команд с использованием Гарвардской архитектуры». 2010 3-я Международная конференция по информатике и информационным технологиям . стр. 65–69. дои : 10.1109/ICCSIT.2010.5564522 . ISBN 978-1-4244-5540-9 .
^ Робертсон, Джеймс Э. (1955). Illiac Design Techniques: номер отчета UIUCDCS-R-1955-146 (Отчет). Урбана-Шампейн , Иллинойс: Лаборатория цифровых компьютеров, Университет Иллинойса в Урбана-Шампейн.
^ патент США 2636672 , Гамильтон, Фрэнсис Э.; Хьюз, Эрнест С. младший и Роули, Рассел А. и др., «Электронный калькулятор выборочной последовательности», выпущен 28 апреля 1953 г., передан IBM.
^ Грош, Герберт Р.Дж. (1991). Компьютер: кусочки жизни . Книги третьего тысячелетия. ISBN 978-0-8873-3085-8 .
^ Мевальдт, РА; Коэн, CMS; Кук, WR; Каммингс, AC; и др. «3.5.2 Компьютер с минимальным набором команд (MISC)». Низкоэнергетический телескоп (LET) и центральная электроника SEP для миссии STEREO (PDF) (Отчет). п. 20.
^ Рассел, Коннектикут, изд. (2008). Миссия СТЕРЕО . Спрингер. ISBN 978-0-387-09649-0 .
^ Тинг, Швейцария; Кук, WR (2001). P24 Руководство пользователя микропроцессора MISC (Технический отчет). Технология eMAST. СТЕРЕО-ЦИТ-005.А.
^ Руководство пользователя микропроцессора CPU24 (Технический отчет). НАСА. Октябрь 2003 г. Версия 5 Actel для Stereo HET.

Внешние ссылки [ править ]

Форт-конструкции микросхем MISC
seaForth-24 — новейший многоядерный процессор MISC от Чарльза Х. Мура.
Green Arrays — новейшая разработка MISC многоядерного процессора от Чарльза Х. Мура.

[1] Тин, Чен-Хансон; Мур, Чарльз Х. (1995). «MuP21: высокопроизводительный MISC-процессор» . Ультратехнологии . Оффете Предприятия.

[2] Патент США 5481743A , Бакстер, Майкл А., «Компьютерная архитектура с минимальным набором команд и метод выдачи нескольких команд», опубликован 2 января 1996 г., выдан 2 января 1996 г., передан Apple.

[3] Халверсон, Ричард младший; Лью, Искусство (1995). Компьютер с минимальным набором команд на основе FPGA (технический отчет). Факультет информации и компьютерных наук Гавайского университета. п. 23. ИКС-ТР-94-28.

[4] Конг, Дж. Х.; Анг, Л.-М.; Сенг, КП (2010). «Процессор AES с минимальным набором команд с использованием Гарвардской архитектуры». 2010 3-я Международная конференция по информатике и информационным технологиям . стр. 65–69. дои : 10.1109/ICCSIT.2010.5564522 . ISBN 978-1-4244-5540-9 .

[5] Робертсон, Джеймс Э. (1955). Illiac Design Techniques: номер отчета UIUCDCS-R-1955-146 (Отчет). Урбана-Шампейн , Иллинойс: Лаборатория цифровых компьютеров, Университет Иллинойса в Урбана-Шампейн.

[6] патент США 2636672 , Гамильтон, Фрэнсис Э.; Хьюз, Эрнест С. младший и Роули, Рассел А. и др., «Электронный калькулятор выборочной последовательности», выпущен 28 апреля 1953 г., передан IBM.

[herb-7] Грош, Герберт Р.Дж. (1991). Компьютер: кусочки жизни . Книги третьего тысячелетия. ISBN 978-0-8873-3085-8 .

[8] Мевальдт, РА; Коэн, CMS; Кук, WR; Каммингс, AC; и др. «3.5.2 Компьютер с минимальным набором команд (MISC)». Низкоэнергетический телескоп (LET) и центральная электроника SEP для миссии STEREO (PDF) (Отчет). п. 20.

[9] Рассел, Коннектикут, изд. (2008). Миссия СТЕРЕО . Спрингер. ISBN 978-0-387-09649-0 .

[10] Тинг, Швейцария; Кук, WR (2001). P24 Руководство пользователя микропроцессора MISC (Технический отчет). Технология eMAST. СТЕРЕО-ЦИТ-005.А.

[11] Руководство пользователя микропроцессора CPU24 (Технический отчет). НАСА. Октябрь 2003 г. Версия 5 Actel для Stereo HET.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]