БӨЛІМ. АРХИТЕКТУРА ЖӘНЕ ОНЫҢ КӨППРОЦЕССОРЛЫ ЖҮЙЕЛЕР

Спецификация — белгілі бір жүйенің аппараттық және программалық компонеттерінің, олардың қызмет ету тәсілдері, пайдалану шарттары, шектеулер мен басқа жүйелермен әсерлесудегі ерекшеліктері туралы қалыптасқан сипаттамасы.

Ашық спецификация — барлық мүдделі жақтардың жан-жақты талқылауы нәтижесінде қабылданған стандарт бойынша өңделген, басылып шыққан, жалпыға бірдей спецификация.

Осы концепцияға сәйкес түрлі аппараттық және программалық жабдықтардан тұратын компьютерлік желі әрбір деңгейі қатаң анықталған мәселелерді шешетін көпдеңгейлі иерархиялық ашық жүйе болуы мүмкін.

«Ашық жүйелердің өзара әрекеті» термині сәйкес стандартты ортақ пайдалану арқылы бір-біріне «ашық» болатын жүйелер арасында мәліметтерді тасымалдау процедураларына қатысты айтылады.

Ашық спецификацияны пайдалану кез келген үшінші жаққа түрлі аппараттық және программалық құралдарды жасауға және өндіруге, оларды кеңейту және өзгертуге мүмкіндік береді.

Ашықтылық принципімен құрылған желілік технологиялар үшін келесі артықшылықтар болады:

1. 
   желінің кең таралуын қамтамасыз ету үшін түрлі өндірушілердің түрлі аппараттық және программалық құралдарынан желі құру мүмкіндігі;
   
2. 
   желінің жеке компоненттерін әлдеқайда жаңасымен алмастыру мүмкіндігі, бұл желінің техникалық жетілуіне және аз шығынмен дамуына мүмкіндік береді.
   
3. 
   Біртекті емес желілермен қиындықтарды тез шешу мүмкіндігі жаһандық ақпараттық желі құруға мүмкіндік береді;
   
4. 
   Желіні игеру мен жөндеудің қарапайымдылығы.
   

Есептеу жүйелерінің түрлі элементтерін біріктіру және ұйқастыру мәселелері стандарттаудың халықаралық ұйымы ISO(International Organization for Standards) ашық жүйелердің байланыс моделі OSI (Open System Interconnection - ашық жүйелердің өзара әрекеті) моделін жасауына әкелді. Компьютерлер арасында мәлімет алмасуда OSI моделі негізгі модельдердің біріне айналды. OSI моделі операциялық жүйе іске асыратын жүйелік утилиттердің, аппараттық құралдардың жүйелік байланыс құралдарын сипаттайды.

Өнімділікті көтеруге бағытталған ЭЕМ архитектурасының дамуы көбінесе микропроцессорды күрделендіру жолымен жүреді. Ол командалар жиынын кеңейту, күрделі командаларды енгізу, қолданатын адрестеу тәсілдері санын көбейту т.с.с. арқылы жүзеге асады. Дегенмен, бұл жағымсыз жағдайлар туғызады. Мысалы, команда кодының ұзындығы, команда форматтарының саны өседі. Бұл команда кодының дешифрлеу процесін баяулатады және өңдеу ұзақтылығын арттырады. Микропроцессорды кристалда жүзеге асыру қиындайды.

Осыған байланысты қазіргі кезде микропроцессор архитектурасын күрделендіруге қатысты командалар жүйесінің қысқартылған жиынымен жұмыс істейтін ЭЕМ архитектурасын (RISC - архитектура) қолданатын балама бағыт даму үстінде.

RISC процессорларды жасау идеясы 1970 жылдары IBM ғалымдары дәстүрлі процессорлардың көптеген функциональды ерекшеліктері программалаушылар тарапынан назарға алынбайды деп шешкеннен кейін дүниеге келді. Сондай-ақ кейбір күрделі операциялар қарапайым командалар жиынымен орындалатын әрекеттерден жай болды.

RISC типті микропроцессорлар қарапайым, программада көп кездесетін командалар жиынын қамтиды. Әлдеқайда күрделі командаларды орындау қажеттілігі туғанда микропроцессорда оларды қарапайымнан автоматты жинау жүзеге асады. Бұл микропроцессорларда барлық қарапайым командалар бірдей өлшемді болады және олардың әрқайсысының орындалуына бір машиналық такт шығындалады (CISC жүйесінде ең қысқа команданы орындауға 4 такт кетеді).

Алғашқы RISС-процессорлар 1980 жылдардың басында АҚШ-тың Стэнфорд және Калифорния университеттерінде жасалды. Қарапайым CISC команданың 100—200 түрін орындағанда олар аз ғана командалар жиынын(50−100) орындады.

RISC типті алғашқы микропроцессорлардың бірі — ARM (соның негізінде IBM PC RT ДК жасалды): 118 түрлі командасы бар 32 разрядты микропроцессор.

Қазіргі 64-разрядты RISC микропроцессорларын көптеген фирмалар шығарады: Apple (Power PC), IBM (PPC), DEC (Alpha), HP (PA), Sun (Ultra SPARC) және т.б.

RISС-архитектурасының ерекшелігі жабылмалы регистрлік терезелері механизмі болып табылады, ол регистрлер арасындағы тасымалдаулар және жадыға жүгіну сандарын азайтуға арналған. Процедураларға тұрақталған ұзындықтағы регистрлердің аз топтары динамикалық түрде бөлінеді. Кезекпен орындалатын процедуралар терезелері жабылады, сол арқылы бір процедурадан екіншісіне параметрлер тасымалданады. Процедураны шақыруда микропроцессор басқа регистрлі тереземен жұмыс істеуге ауысады, бұл жағдайда регистр ішіндегісін жадыға тасымалдау қажеттілігі туындамайды.

Терезе регистрлердің 3 түрлі тобынан тұрады. Бірінші топ берілген процедураға шақыру бойынша жіберілген параметрлерді және шақырылған процедура нәтижелерін қамтиды. Екінші топ берілген процедураның локальді айнымалыларын қамтиды. Үшінші топ берілген процедура және оның шақыратын процедурасы арасында екі жақты алмасу буфері ретінде параметрлерді беріп-алып отырады. Осылайша, бір ғана топ берілген процедура үшін уақытша сақтау регистрлері, екінші процедура үшін параметрлер регистрлері болып табылады. Программалардың барлық процедуралары үшін қолжетімді жеке терезелер оның жалпы айнымалылары үшін ерекшеленеді.

RISC типті микропроцессорларын өте жоғары әрекеттілікке ие, бірақ программалық тұрғыдан CISC-процессорларымен сәйкестенбейді: IBM PC типті дербес компьютерлер үшін программалар орындауда олар CISC типті микропроцессорларды тек программалық деңгейде модельдей алады, ал ол олардың өнімділігін күрт төмендетіп жібереді.

RISC-процессорларға тән ерекшеліктер:

• 
  машиналық нұсқаулардың тұрақталған ұзындығы (мысалы, 32 бит) және команданың қарапайым форматы;
  
• 
  бір нұсқау жадымен тек бір операция орындайды — оқу немесе жазу. «Оқу-өзгерту- жазу» түріндегі операциялар жоқ.
  
• 
  Жалпыға бағытталған регистрлер саны көп (32 және одан да көп).