Ποιοι είναι οι διαφορετικοί τύποι οργανισμών CPU;

Διαφορετικοί τύποι οργανισμών CPU:

Η οργάνωση μιας CPU υπαγορεύει τον τρόπο με τον οποίο τα διαφορετικά στοιχεία αλληλεπιδρούν και χειρίζονται τα δεδομένα. Δεν υπάρχει ένας "καλύτερος" οργανισμός, καθώς ο καθένας έρχεται με τα δικά του πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Εδώ είναι μερικοί από τους κύριους τύπους:

1. Οδηγίες Οδηγίας Αρχιτεκτονικής (ISA) με βάση:

- RISC (μειωμένος υπολογισμός σετ εντολών):

- Χρησιμοποιεί ένα μικρότερο σύνολο απλούστερων οδηγιών, κάθε μία από τις οποίες συνήθως εκτελεί σε έναν μόνο κύκλο ρολογιού.

- υπογραμμίζει το λογισμικό για να χρησιμοποιήσει αποτελεσματικά το περιορισμένο σύνολο οδηγιών.

- Παραδείγματα:ARM, MIPS, PowerPC.

- CISC (Σύνθετος Οδηγός Οδηγίας Υπολογισμού):

- Προσφέρει ένα μεγαλύτερο σύνολο σύνθετων οδηγιών, μερικές ικανές να εκτελούν πολλαπλές εργασίες σε μία μόνο εντολή.

- Στόχος της απλούστευσης του προγραμματισμού παρέχοντας οδηγίες υψηλότερου επιπέδου.

- Παραδείγματα:x86 (που χρησιμοποιείται στους περισσότερους υπολογιστές), VAX.

2. Διαδρομή δεδομένων και Οργάνωση μονάδας ελέγχου:

- Ενιαία εντολή μεμονωμένα δεδομένα (SISD):

- Ο απλούστερος οργανισμός, επεξεργάζοντας μία οδηγία σε ένα στοιχείο δεδομένων κάθε φορά.

- Βρέθηκε σε βασικά μικροελεγκτές και ενσωματωμένα συστήματα.

- Ενιαία εντολή πολλαπλών δεδομένων (SIMD):

- Εκτελεί ταυτόχρονα την ίδια εντολή σε πολλαπλά στοιχεία δεδομένων, ενισχύοντας την παράλληλη επεξεργασία.

- Χρησιμοποιείται σε εφαρμογές πολυμέσων, επεξεργασία γραφικών και επιστημονικό υπολογισμό.

- Πολλαπλές εντολές μεμονωμένα δεδομένα (MISD):

- Μια λιγότερο κοινή οργάνωση όπου οι πολλαπλές οδηγίες λειτουργούν ταυτόχρονα στο ίδιο στοιχείο δεδομένων.

- Χρησιμοποιείται κυρίως σε συστήματα ανθεκτικών σε σφάλματα και εξειδικευμένες εφαρμογές.

- Πολλαπλές εντολές πολλαπλών δεδομένων (MIMD):

- Ο πιο περίπλοκος οργανισμός, εκτελώντας τις πολλαπλές οδηγίες σε πολλαπλά στοιχεία δεδομένων ταυτόχρονα.

- Βρέθηκαν σε επεξεργαστές πολλαπλών πυρήνων και παράλληλα συστήματα υπολογιστών.

3. Δομή λεωφορείου:

- Μονό λεωφορείο:

- Όλα τα εξαρτήματα μοιράζονται ένα μόνο κανάλι επικοινωνίας, που οδηγεί σε πιθανές συμφόρηση.

- απλούστερη στο σχεδιασμό αλλά πιο αργό λόγω περιορισμών μεταφοράς δεδομένων.

- Πολλαπλός δίαυλος:

- Χρησιμοποιεί ειδικά λεωφορεία για διαφορετικά εξαρτήματα (π.χ. δίαυλος δεδομένων, δίαυλος διευθύνσεων, δίαυλος ελέγχου), βελτιώνοντας την ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων.

- Πιο πολύπλοκη αλλά αποτελεσματική λόγω της παράλληλης επικοινωνίας.

4. Pipelining:

- Μη πασχαλινά:

- Εκτελεί μία οδηγία κάθε φορά, ολοκληρώνοντας την πριν από την παραγωγή του επόμενου.

- Pipelined:

- επικαλύπτει την εκτέλεση πολλαπλών οδηγιών διαιρώντας τους σε στάδια, βελτιώνοντας τη διακίνηση.

- Απαιτεί σύνθετη λογική ελέγχου για τη διαχείριση των εξαρτήσεων διδασκαλίας.

5. Αρχιτεκτονική Superscalar:

- Χρησιμοποιεί πολλαπλές μονάδες εκτέλεσης για την επεξεργασία πολλαπλών οδηγιών ταυτόχρονα σε έναν μόνο κύκλο ρολογιού, ενισχύοντας περαιτέρω την απόδοση.

Εκτός από αυτά:

- Αρχιτεκτονική του Χάρβαρντ: Ξεχωριστοί χώροι μνήμης για οδηγίες και δεδομένα, επιτρέποντας ταυτόχρονη πρόσβαση και ταχύτερη εκτέλεση.

- Αρχιτεκτονική Von Neumann: Χρησιμοποιεί ένα μόνο χώρο μνήμης τόσο για οδηγίες όσο και για δεδομένα, απλοποιώντας το σχεδιασμό, αλλά ενδεχομένως προκαλεί συμφόρηση.

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι οι σύγχρονες CPU συχνά συνδυάζουν διαφορετικές οργανωτικές προσεγγίσεις για την επίτευξη της βέλτιστης απόδοσης και αποτελεσματικότητας. Για παράδειγμα, μια CPU μπορεί να χρησιμοποιήσει ένα σύνολο οδηγιών RISC, μια αρχιτεκτονική Superscalar με αγωγούς και μια δομή πολλαπλών Bus.