CISC Mimarlıkın Miraç Sistemine Etkisi ve Yükseltmeler

Hesaplamanın yörüngesi, son yıllardaki büyük sistemlerle geri uyumluluğun ve süper bilgisayarlara yönelik sürüşün gerektirdiği sabit bir gerginlikle işaretlenir.Bu gerilimin kalbinde, Kompleks Öğretim Setleri Bilgisayar (CISC) ve Karşılaştırmalı Öğretim Setleri (RISC) mimarlıklarının etkisini anlamak, RISC, son yıllarda önemli bir trafiğe sahip olsa da, akıllı telefonlardan süper bilgisayarlara kadar her şeyi güçlendirmek için önemlidir.

Bu makale, CISC'nin tanım özelliklerini araştırıyor, tarihsel gelişimin yükselişi, geri uyumluluk sağlamak için gereken mekanizmalar, sistem yükseltmeleri sırasında ortaya çıkan zorluklar ve her iki dünyanın en iyilerini korumak için amaçlayan modern hibrit çözümler.

CISC Mimarlıkını Tanımlamak: Zengin Talimatların Bir Felsefesi

Kompleks Ders Setleri Hesaplama, işlemcinin çok adımlı operasyonları uygulayabileceği bir tasarım felsefesini ortaya koyar – hafızadaki en az hareket işlemleri, dize aramaları veya hatta yüzen nokta arithmetic – tek bir makine öğretimiyle.Bu kontrastlar, en az basit, tek yönlü işlemleri en az sete indiren talimat ve karmaşık görevlere bir araya getirmek için derleyiciye bağlıdır.

CISC işlemcileri, özellikle de 1970'lerin sonlarında Intel tarafından getirilen x86 mimarisi, programcıların açık el optimizasyonu olmadan birçok operasyon gerçekleştirebileceği anlamına geliyordu. Bu özellikle de x86'nın daha sonraki hakimiyeti, CISC'nin on yıllardır yazılım ekosistemini tanımlayacağını garanti etti.

CISC'nin temel özellikleri şunlardır:

  • [FONT:0]Variable Öğretim uzunluğu[[Dönemli Öğretim 1] - Talimatlar 1 ila 15 arasında olabilir, iyi kodlamaya izin verebilir, ancak kodlamaya izin verebilir.
  • [FONT=0)Mikrocode uygulaması[[Dönetici:0)[[[Dönetici:0) Mikrocode uygulamaları[[Döneticiler) - Kompleks talimatları, bir mikro-işlemci içinde kullanılan bir mikro-işlemciye göre kırılır.
  • [FONT:0]Kapit-to-memory işlemleri[Döncükler: 1) Birçok talimat, doğrudan hafızaya okumak veya yazmak için veriye izin verir, açık yük/kapalı adımlar için gerekli olan ihtiyacı azaltır.
  • [FONT:0]Kondition code bayrakları[[Dönetici: 1 ) - The işlemci, işlemlerin sonucuna dayanarak, kompakt kontrol akışına izin veren bayrakları koruyor.

Bu özellikler 1980'lerde ve 1990'larda farklı bir avantaj sağladı: yeniden yazma sistemi kütüphaneleri veya uygulama kodu için ihtiyaç duymadan mevcut yazılımları çalıştırabilirler. Bu uyumluluk hem bir lütuf hem de lanet olmuştur.

Miras Sistemi Uyumluluk: Geri Döndürmeli Avantaj

Belki de CISC’nin uzun süredir tek önemli nedeni olağanüstü geri uyumluluktır. x86 talimat seti dört yıldan fazla gelişti, ancak her yeni x86 işlemcisi - orijinal 8086'dan en son Intel Core i9 ve AMD Ryzen 9 aracılığıyla - hala aynı makine kodu ataları için yazılıdır.

Geleneksel sistemleri sürdürmek için, bu uyumluluk birkaç kritik fayda sunuyor:

  • [[DOS, Windows 95 veya SM değişkenleri için yazılmış görev-kahkade yazılımları çalıştırmaya devam edebilir.
  • [FONT:0)Redüktör yeniden yazma mirası için ihtiyaç duyar[Dönetici:0)[Döneticileri yeniden yazmaya veya işlevselliği kaybetmeye risk edebilecek pahalı yeniden geliştirme projelerinden kaçınır.
  • [FONT:0] Donanım yükseltmeleri sırasında diğer geçişler ) - IT departmanları, modern donanımla yaşlanma sunucularını veya iş istasyonlarını ve mevcut yazılım yığınını hemen çalışacak, işletim sistemi sürücüleri mevcut olacaktır.

Bu uyumluluk tesadüf değildir. Intel ve AMD, x86-64 (AMD) jenerasyonlar boyunca ağır bir şekilde yatırım yaptı. Örneğin, orijinal 8086'nın 16-bit ve 32-bit kodunu yerel olarak uyumluluk modları aracılığıyla çalıştırmasını sağladı. Bugün bile, modern Windows 32-bit alt sistemde 16 bit uygulama yapabilir, 64-bit işlemciler 64-bit kayıt ve dört adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım adım attı.

[[Düzücük:0) “Önümüzdeki uyumluluk, x86 ekosisteminin tamamının geri kalanının çalıştığı görünmez bir temeldir. milyarlarca kod işlemeyi bırakacaktır ve geçiş maliyeti astronomik olacaktır. ”-Şeytanlık 1Bilgisayar Mimarisi: Bir Sayısal Yaklaşım

).

CISC Achieves Backward Compatability

Mekanizma öncelikle mikrokod içerir. Mekanik talimatları artık modern yüksek performanslı kodlarda kullanılmamaktadır (örneğin, REP MOVSB veya decimal arithmetic talimatları gibi), işlemci, artık aynı işlevi yerine getirememiş olsa bile, geleneksel talimatları sunar.

Başka bir önemli faktör, aynı işlemi kodlayan ve derleyicilerin en kompakt formu seçmesi için kullanımlarıdır.[Döneticileri değiştir] ancak modern kodlar onları çeviri masalarının karmaşık bir setinde ele alır. CISC mimarisi genellikle aynı işlemi kodlar ve derleyiciler en kompakt formlar içerir.

CISC Mimarisi ile Upgrading Systems'de Meydan Okumalar

Onun uyumluluk güçlülerine rağmen, CISC mimarisi, organizasyonların hesaplama altyapısını yükseltmeye çalıştığı birkaç zorluk getirir. Bu zorluklar, eğitim setinin doğal karmaşıklığından ve veri verimliliğine doğru işlemci tasarımının evriminden kaynaklanmaktadır.

Kompleks Öğretimi ve Borulu Şişencks

Değişken uzunlukta talimatlar, döngü başına dört talimatları getirmek ve kodlamak zorlaşır. Modern x86 işlemciler Intel ve AMD'den bunu sofistike olarak aşabilir:0) Bir işlemcinin enerji önbelleklerinin% 10-20'sini kullanabilir, RISC tasarımları kaçınır ve döngü başına dört talimatları ele alır.

Paralel İşleme için Zorluluk

CISC'nin zengin öğretim seti, özellikle de koşul kodu güncellemeler ve karmaşık adresleme modları ile karıştırıldığında, paralellik çıkarmak için çok sayıda veri bağımlısı ve yanlış bağımlılıklar oluşturur.Bu teknikler temiz RISC ISA için ihtiyaç duyulanlardan daha karmaşıktır.

Güç tüketimi ve ısıtıcılar

Mikrocode ROM, karmaşık decoder ve çeviri katmanları enerji tüketiyor. Mobil ve veri odaklı ortamlarda güç verimliliğinin önemli olduğu, CISC'nin yükü bir sorumluluk haline geliyor.Bu, ARM (a RISC mimarisi) akıllı telefonlara hakim oluyor ve dizüstü bilgisayarlara ve sunuculara doğru gidiyor.

Yenilik vs. Innovation: The Trade-Off

En derin meydan okuma, [[0) ► AES-NI[Döneticileri 1 ) olarak eklenmiştir, çünkü x86 ISA, işlemsel hafıza (Intel'in TSX-512, SSE, ve AES-NI) gibi gerçekten yenilikçi özelliklerin tanıtılması gerekir, ancak temel ISA on on yıllardır tasarım kararlarının bir patchworks olarak bu, gerçekten de işlemsel hafıza (Intel'in TSX'in) veya etkili vektör işlemesi gibi yenilikçi özelliklerin tanıtılması gerekir.

Sonuç olarak, IT yöneticileri zor bir kararla karşı karşıya: x86'ya yatırım yapmaya devam edin ve bir RISC mimarisine (örneğin ARM veya RISC-V gibi) göç etmeye devam edin veya yeniden yazma veya sanallaştırma uygulamaları. Birçoğu göç maliyetinden ve riskinden kaçınmak için ilk seçeneği tercih eder.

Emulation, Virtualization ve Path Forward

Geleneksel CISC yazılımı ile uyumluluk sürdürmek zorunda olan kuruluşlar için, ancak donanımlarını modernize etmek, emulation ve sanallaştırma orta bir zemin sunar. Bu teknolojiler, işletme zamanındaki talimatların (emulation) veya sanal makinedeki tüm işletme sistemini çalıştırarak, yeni bir donanıma izin verir.

CISC'nin RISC'de bağışlanması

Apple'ın Intel x86'dan Apple Silikon'a geçişi (ARM tabanlı) belirgin bir örnektir. Apple, CISC talimatının karmaşıklığını, koşul kodları ve hafıza siparişini kullanarak x86 koduna çevirmek için, özellikle de x86 koduna sahip olmak için, CPU-64 kodu ile şarj etmek için, RISC mirasına destek verilmesi gerekir.

Benzer şekilde, bulut sağlayıcıları ve hobiler, ARM sunucularında x86 işletim sistemleri kullanmak için kullanılır.QX86 emülatörleri ) veya [[Döneticileri:2))))) Farklı güç verimli altyapılara kademeli olarak geçiş için önemlidir.

Sanallaştırma: CISC Çevresini Korumak

ISA'yı taklit etmek yerine, sanallaştırma, doğrudan işlemcide minimum soyutlama ile çalışır. Modern x86 işlemciler, donanım sanallaştırma uzantıları (Intel VT-x ve AMD-V) ile bir hipervizörlüğün birden fazla misafir işletim sistemini yerel olarak yakın bir şekilde çalıştırmasına izin verir. Windows NT 4.0 uygulaması, modern bir Windows Server hostunda Windows XP sanal makine içinde çalıştırılabilir - tüm x86 donanım üzerinde çalışır.

Sanallaştırmayı benimseyen kuruluşlar, daha az sayıda iş yükü konsolide ederken, daha verimli sunuculara kadar miras alma işlemine devam edebilir. Donanım CISC kalır, ancak fiziksel makinelerin sayısı azalır, daha düşük güç tüketimi ve zemin alanına yol açar.

Hibrit Mimarlıklar: RISC ile CISC

CISC'nin dezavantajlarını geri yüklemeye devam ederken, hem Intel hem de AMD temel bir karma tasarımı benimsemiştir: işlemcinin ön sonu x86 talimatları daha basit bir akışa, RISC benzeri mikro-işlemler (mikro-ops), bu yaklaşım bazen “Crejit altında” olarak adlandırılır.

Modern hibrit CISC işlemcilerinin temel özellikleri şunlardır:

  • [FONT=0)Mikro-op önbellek[[[Dönetici] – Mağazalar karmaşık dekoderi sık sık idam edilen kod döngüleri için atlatmak, güç ve geç kalmışlığı kurtarmak için kodlu mikro-parçalar.
  • [FONT:0]Üye Olmayan Programcı ve yürütme birimleri[Dönetici: 1) Uygulamalı temel, basit, sabit uzunlukta mikro-opları idare eden bir RISC makinesidir, yüksek düzeyde paralellik sağlar (örneğin Intel Core'da altı uygulama limanları).
  • [FONT:0] Kayıt yeniden kayıt altına alınan ([Dönetici:0) [FONTD:0)ILP'ye kayıt yaptırırken, CISC komplekslerini gizleyerek aynı teknikler uygulanır.
  • [FONT=0]Instruction füzyon[[Dönetici: 1) Ortak öğretim çiftleri (bir koşullu atla takip edilen bir karşılaştırma gibi) işlemleri azaltmak ve performans geliştirmek için tek bir mikro-opla bir araya getirilir.

Intel'in projeksiyonu:0)Core mikroaritecture[[Dönetici:0) (2006 yılında Core 2 Duo ile başlatılan) ve AMD'nin 03:2)Zen mikroaritesi[Dörtme:3))) tam olarak örneklerdendir.Bu tasarımlar x86'nın en azından masaüstü ve sunucu iş yükleri için performans açısından rekabetçi kalmasına izin verdi.

Future Outlook: CISC bir RISC World

2025 itibariyle, bilgisayar peyzajı RISC mimarlıkları tarafından giderek daha fazla hakimdir. ARM işlemciler mobil cihazların çoğunluğunun gücünü oluşturur ve Apple'ın Macs ile ARM'deki başarısı, diğer PC üreticilerini mimarlıkla deneyerek teşvik etti. Amazon'un Graviton işlemcileri (kıradan önce) bulut iş yükleri için AWS'de kullanılmaktadır. RISC-V açık kaynaklı bir alternatif olarak ortaya çıkıyor.

Ancak, CISC – özellikle de x86 ISA – ortadan kaldırma belirtileri göstermiyor. x86 donanım ve yazılım seti muazzam ve x86 sürümlerini yeni işlem teknolojileri ile yenilemeye devam ediyor ve x86 rekabetçiliği sağlamak için güç yönetimi özellikleri.

Future trendleri şunları içerir:

  • [FONT:0) İkili çevirinin (FLT:1) oluşturulmasına izin verdi - Daha verimli emulation ve sadece-in-time derlemesi, CISC yazılımının RISC donanımını minimum performans kaybıyla çalıştırmasına izin verecektir.
  • [FONT:0]Hybrid ISA işlemciler[[Dönetici: 1 ) – Bazı deneysel tasarımlar bir CISC cephesini bir RISC arka uçla birleştirir veya aynı ölüde ARM ve x86 çekirdeklerini karıştırır (daha da yaygın olarak görülmez).
  • [FONT=0)Cloud-native emulation[[Dönetici: 1 ) – Cloud sağlayıcıları, RISC donanımında şeffaf çeviri ile x86 uyumlu sanal makineler sunacak, ayrı x86 donanıma olan ihtiyacı azaltacaktır.
  • [FONT:0]Bir hizmet olarak Legacy () - Organizasyonlar bulutta özel emulation ortamları için miras desteğinden tasarruf edebilir, modern RISC donanımla değiştirmelerine izin verebilir.

Sonuçta, CISC mimarisinin mirası, miras sistemi uyumluluğu ve yükseltmeleri, ticaretten ayrılanların hikayesidir. Mimarlıkın karmaşıklığı ve gücü yetersizlik, geri uyumluluk için muazzam değer tarafından dengelenir.Eğitimciler için, öğrenciler ve IT profesyonelleri için, bu lehçeselliği anlamak, sistem tasarımı, tedarik ve göç stratejileri hakkında bilgi sahibi olmak önemlidir.

Key Takeaways

  • [FONTC mimarisi, programlamayı basitleştiren zengin öğretim setlerine öncelik verir, ancak karmaşıklığı arttırır.
  • [FONT:0)Backward uyumluluğu[[Dönetici:0) CISC'nin birincil avantajıdır, geleneksel yazılımların değiştirilmesi olmadan modern donanıma çalışmasını sağlar.
  • [FONT:0]Challenges[[Dönetici: 1) güç tüketimi, şişe şişeleri içerir ve paralellik için optimize etmede zorluk çeker.
  • [FONT:0]Emulation and virtualization[[Dönetici: 1 ) RISC donanımında CISC kodunu çalıştırmanın yollarını sunar, ancak performans yükü ile.
  • [FONT:0]Hybrid tasarımları[[[Dönümüzdekiler 1 ) x86 rekabetçi tuttu, ancak ekosistem RISC'ye doğru yavaş yavaş ilerliyor.
  • Organizasyonlar, göç maliyetini miras uyumluluğunun sağlanmasına karşı değerlendirmelidirler.

CISC'nin mirası sadece teknik bir detay değil - her şeyi bütçe planlamadan donanım yenileme döngülerine etki eden stratejik bir faktör. Endüstri heterojen hesaplamaya doğru hareket ederken, CISC'nin uyumluluk stratejisinden öğrenilen dersler yıllarca ilgili kalacaktır.

[FONT:0]Further okuma: Daha derin bir şekilde bilgisayar mimarisine atfedin, bakınız: CISC))Intel Core Architecture)[D Zenaritecture).