Тема 6. Архітектура центрального процесора

4. х86 та RISC архітектури мікропроцесорів

x86 (англ. Intel 80x86) — архітектура процесорів та ядра мікроконтролерів з однойменною системою команд. x86 або 80x86 є загальною назвою мікропроцесорної архітектури та архітектури розробленої на її базі обчислювальної техніки. Вперше реалізована в процесорах компанії Intel. Архітектура x86 у значно вдосконаленому вигляді і нині домінує на ринку настільних і мобільних комп'ютерів та малих серверів.

Крім Intel, ця архітектура також була реалізована в процесорах інших виробників: AMD, VIA, Transmeta, IDT та інші. На даний момент удосконалений варіант цієї архітектури із розрядністю 32 біти називається IA-32 (Intel Architecture — 32).

x86 є CISC архітектурою із змінною довжиною команд. Сумісність нових моделей процесорів із попередніми була ключовою у розвитку архітектури x86. Архітектура двічі розширювалась до більшого розміру машинного слова. Перші x86 процесори були 16-бітними. У 1985 Intel випустила 32-бітний процесор 80386, його архітектуру назвали x86-32 або IA-32 (Intel Architecture, 32 bits). У 2003, AMD випустила Athlon 64, в якому реалізовано розширення архітектури до 64 біт, яке називають AMD64 (AMD), EM64T (Intel), чи x64 (Microsoft). Нова архітектура x64 замінила x86 і починаючи з 2003 року стала новим індустріальним стандартом при виробництві усіх нових процесорів (за винятком процесорів типу ARM, що зараз широко використовуються в мобільних телефонах, смартфонах та нетбуках).

Сучасні x86 процесори перекладають набір команд x86 на RISC-подібні мікрокоманди для ефективнішого їх виконання.

RISC (англ. Reduced Instruction Set Computing — обчислення зі скороченим набором команд) — архітектура процесорів зі скороченим набором команд. Також відома як «Load/Store архітектура», позаяк система команд такої архітектури не включає арифметико-логічних операцій з операндами у пам'яті. Для будь-якого оброблення даних їх спочатку слід завантажити (англ. Load) в регістр, виконати необхідні операції, а тоді зберегти (англ. Store) назад у пам'ять. Найвідоміші представники: DEC Alpha, ARC, ARM, AVR, MIPS, PA-RISC, Power Architecture (включаючи PowerPC), SuperH, та SPARC.

Основними рисами RISC архітектури є:

Мала кількість команд;
Однакова довжина всіх команд;
Мала кількість різних форматів команд;
Відсутність команд, які працюють з операндами в пам'яті (за виключенням команд завантаження та збереження);
Мала кількість апаратно підтримуваних типів даних;
Велика кількість ідентичних регістрів загального призначення.

Поштовхом для розробки RISC архітектури стало те, що тогочасні (середина 1970-х) компілятори не використовували більшість команд із CISC набору та не могли скористатися перевагами багатьох типів складної адресації. Виконання складних CISC інструкцій вимагало багатьох процесорних тактів, а реалізація різних типів адресування та інструкцій, що реалізовують високорівневі операції, займала більшість площі процесорного кристалу та майже не використовувалась.

RISC-процесори швидші і економічніші, ніж CISC. У принципі, є можливість проектувати процесори на чистій RISC-архітектурі. Але відмовитися від архітектури x86 вже важко, оскільки під неї написано більшість поширених у світі програм, включаючи комп'ютерні ігри/

Приклади RISC- процесорів:

ARM — Переважно зустрічається на ринку комп'ютерів з високою продуктивністю, низьким енергоспоживанням та дешевих вбудованих систем (типово 100–500 MHz в 2008). ARM зустрічається в числених мобільних пристроях, таких як:

Apple iPod (спеціально замовлений ARM7TDMI SoC)
Apple iPhone (Samsung ARM1176JZF)
Palm, PocketPC та смартфони (Intel XScale, Samsung SC32442 — ARM9)
Nintendo Game Boy Advance (ARM7)
Nintendo DS (ARM7, ARM9)
Sony Network Walkman (на базі Sony in-house ARM)
Деякі телефони Nokia та Sony Ericsson

MIPS, зустрічається в більшості комп'ютерів SGI, PlayStation, PlayStation 2, Nintendo 64, PlayStation Portable.
IBM та Freescale (раніше Motorola SPS) Power Architecture, використовується у всіх суперкомп'ютерах, серверах та робочих станціях IBM середнього рівня, в Apple Macintosh на базі Power PC (в минулому), в Nintendo Gamecube та Wii, Microsoft Xbox 360 та Sony PlayStation 3, та в багатьох вбудованих реалізаціях, таких як принтери та автомобілі.
4. Sun SPARC
Hewlett-Packard PA-RISC, також відомий як HP/PA (виробництво зупинено).
6. DEC Alpha.
Процесор XAP використовується в багатьох безпровідних (Bluetooth, wifi) контролерах.
Hitachi SuperH, широко використовувався в Sega Super 32X, Saturn та Dreamcast.
Atmel AVR використовується в різних пристроях від маніпуляторів Xbox до автомобілів BMW.