Tölvumál - 01.03.1994, Blaðsíða 24

Mars 1994
Þróun í hönnun örgjörva
Grein þessi er byggö á erindi sem flutt var á ET-degi Sl, 10. desember 1993.
eftir Hjálmtý Hafsteinsson
Frá því fyrstu örgjörvarnir komu
frarn á sjónarsviðið fyrir um 20
árum hefur mikil breyting orðið
á uppbyggingu þeirra. Sú þróun
hefur aðallega rniðað að því að
gera þá hraðvirkari, en einnig
hafa nýjar gerðir hugbúnaðar
krafist ýmissa nýjunga í hönnun
örgjörva.
I þessari grein er ætlunin að skoða
það helsta sem er að gerast í
hönnun nýrra örgjörva. Einnig
verður reynt að spá í þróunina í
framtíðinni. Eflaust eiga ein-
hverjir þeirra spádóma sem hér
eru settir fram ekki eftir að rætast,
enda erþessi úttektmeira tilgam-
ans gerð. Þróunin í tölvuheim-
inum hefur oft komið mun glögg-
ari mönnum en méríopna skjöldu.
Þróun á síöustu
árum
Við skulum nú fara um 10 ár
aftur í tímann og skoða hvað þá
var á döfinni í örgjörvahönnun.
Þetta var tími CISC tölva. CISC
stendur fyrir "Complex Instruc-
tion Set Computer", en sú nafngift
kom reyndar ekki fyrr en síðar.
Á þessurn tíma vakti það helst
fyrir örgjörvahönnuðum að
reyna að auðvelda forriturum og
þýðendum vinnu sína með því
að gera skipanamengi tölvanna
öfl ugra. Þá fór stór hl uti forritunar
tölvanna frant í smalamáli
(assembler language) og talið var
að með því að færa smalamálið
nær æðri forritunarmálum væri
hægt að gera þessa forritun auð-
veldari. Þetta var gjarnan gert
með því að bæta í skipanameng-
ið ýmsum öflugunt skipunum
sent samsvöruðu nokkurn vegin
tilteknum skipununt í Pascal,
FortraneðaC. Af þessum ástæð-
um urðu skipanamengi tölvanna
sífellt stærri og framkvæmd skip-
anna flóknari. Sem dærni má
nefna að ein algengasta tölvan á
þessurn tíma, DEC VAX-11/780
hefur yfir 300 mismunandi
skipanir og stærð skipananna í
henni er frá 16 til 456 bitar.
Ymsum tölvuhönnuðunt var
reyndar farið að finnast nóg um
hve örgjörvar voru orðnir flóknir.
Þeir bentu á það að ekki yrði
endilega hraðaaukning af nýjum
skipunum sem bætt var inn í skip-
anamengið. En þegar bætt er inn
skipun þá gerir það örgjörvann
flóknari og erfiðara verður að
auka klukkutíðnina á honurn.
Þannig gæti niðurstaðan orðið
sú að jafnvel þó þetta ákveðna
tilvik, sem nýjaskipuninnæryfir,
verði hraðvirkara þá verði allar
aðrar skipanir örgjörvans aðeins
hægvirkari og það verði til þess
að heildarkeyrslutími flestra for-
rita aukist. Einnig má nefna að
nteð auknum fjölda skipana
stækkar plássið sem þarf undir
skipanakóda. Semdæmimánefna
að fyrir 300 skipanir þarf 9 bita
til að auðkenna hinar ntismun-
andi skipanir, en ef hægt er að
komast af með 64 skipanir þá
þarf ekki nema 6 bita. Afleiðing-
arnar yrðu einfaldari afkódun og
styttri skipanir, sem aftur myndu
leiða til hærri klukkutíðni og
meiri hraða.
Það var síðan í kringum 1985
sem fyrstu RISC örgjörvarnir litu
dagsins ljós í háskólunum Berke-
ley og Stanford og í rannsóknar-
stofnun IBM. Síðanhefurþróun-
in haldið áfram, en rnargar af
þeim nýjungum sent kontu frarn í
þessum fyrstu RISC örgjörvum
hafa haldið velli og munu örugg-
lega verða áfram í örgjörvunt
framtíðarinnar.
Helstu atriðin sent einkenna
RISC örgjörva eru:
- Fáar skipanir (ýmsir nútíma
RISC örgjörvar hafa reyndar
nokkuð margar skipanir)
- Aðeins "load/store" skipanir
vinna á minni, þ.e.,
reikniskipanir vinna aðeins
með gistu
- Mörg gistu (32 eða 64
algengt)
- Skipanir af fastri lengd (32
bitar algeng lengd, einfaldar
afkódun skipana)
- Há klukkutíðni (50 - 200
MHz)
Að undanförnu hefur þróunin
verið sú að nýjustu útgáfur af
rótgrónum CISC örgjörvum, s.s.
Motorola 68000 og Intel 80X86,
hafa fengið á sig ýmis einkenni
RlSCörgjörva. Ásamahátthefur
mörgum fundist að örgjörvar sem
upphaflega voru hannaðir sent
24 - Tölvumál