| สปาร์กชิป ไมโครโปรเซสเซอร์แบบ RISC |
ทำไมผู้ออกแบบคอมพิวเตอร์จึงเลือกเดินทางแบบ RISC
การพัฒนาการของคอมพิวเตอร์เป็นไปตามเส้นทาง RISC คือ ทำให้มีชุดคำสั่งที่สลับซับซ้อน
มากยิ่งขึ้นและเหตุที่ทำให้ผู้พัฒนาเลือกเดินทางในแนวนี้เพราะ
ความต้องการให้คอมแพติเบิลกับของเดิม
ผู้ใช้คุ้นเคยกับซีพียูหรือคำสั่งของซีพียูนั้นมากแล้ว ครั้นพัฒนาการต้องการทำให้ซีพียูดีขึ้นก็
ต้องทำให้คอมแพติเบิลของเดิม และเพิ่มคำสั่งต่างๆ เข้าไปอีก การเพิ่มเติมขีดความสามารถ
บางสิ่งบางอย่างเข้าไปอีกนี้ ทำให้เกิดความซับซ้อนในตัวซีพียูมากขึ้น คำสั่งที่เพิ่มเติมทีหลัง
จึงเป็นคำสั่งพิเศษ โดยที่ไม่ไปกระทบกับซอฟต์แวร์เดิมที่มีอยู่แล้ว
ผู้ออกแบบต้องการลดช่องว่างของซอฟต์แวร์ ระหว่างภาษาชั้นสูงกับภาษาเครื่อง
ด้วยความพยายามที่จะสร้างคำสั่งภาษาเครื่องให้ใกล้หรือเข้าหาภาษาระดับสูงให้มากที่สุด
โปรแกรมเมอร์ที่เขียนภาษาสูง เมื่อคอมไพเลอร์แปลความมาเป็นภาษาเครื่อง ก็แปลได้โดย
ตรงหรือง่ายขึ้น ดังนั้นคำสั่งในภาษาเครื่องจึงต้องสร้างให้ซับซ้อน เพื่อรองรับภาษา
ระดับสูง
การออกแบบโดยใช้ไมโครโค้ด
เพื่อให้ฟังก์ชันในระดับสูงของซอฟต์แวร์มาเป็นไมโครโค้ด หรือจากไมโครโค้ดมาเป็น
ฮาร์ดแวร์ได้โดยตรงเช่น การหาค่อลดการิทึม ครีโกณมิติ เป็นต้น
การมีเครื่องมือ CAD ช่วยออกแบบคอมพิวเตอร์
ทำให้ผู้ออกแบบสามารถออกแบบคอมพิวเตอร์ได้ซับซ้อนยิ่งขึ้น และให้มีลักษณะตามวัตถุ
ประสงค์เฉพาะได้ CAD จึงมีผลทำให้สามารถออกแบบซิป หรือโครงสร้างสถาปัตยกรรมที่
ซับซ้อนได้ จากแนวความคิดที่พยายามทำให้คอมพิวเตอร์ทำงานเร็วขึ้น ราวปี ค.ศ. 1972
จอร์พ คอค (Cocke) แห่งไอบีเอ็ม ได้เฝ้าสังเกตการทำงานแต่ละคำสั่งหลายลูกของ
สัญญาณนาฬิกา แต่ละคำสั่งก็สั้นยาวต่างกัน ความคิดนี้จึงเกิดการรวมกลุ่มวิจัยระบบ 801
ขึ้นโดยอาศัยพื้นฐานของแนวความคิดดังนี้
หนึ่งคำสั่งใช้เวลาหนึ่งลูกจองสัญญาณนาฬิกา
ทีมงานต้องการหาโครงสร้างของฮาร์ดแวร์ ที่ทำให้การทำงานของคอมพิวเตอร์ ทำงานแต่
ละคำสั่งได้เสร็จในเวลาหนึ่งลูกสัญญาณนาฬิกา นั่นคือถ้าเป็น 10 เมกะเฮิรตซ์ ก็ทำได้ 10
ล้านคำสั่งในเวลา 1 วินาทีด้วยความคิดนี้ก็ต้องทำคำสั่งให้ง่ายขึ้น ไม่ยุ่งยากซับซ้อน
โครงสร้างหน่วยความจำแบบลำดับ
เพื่อให้ซีพียูไม่เสียเวลาในการอ่านข้อมูลจากหน่วยความจำ หรือต้องรอเวลา โครงสร้าง
หน่วยความจำต้องมีลำดับคือ สามารถเข้าถึงได้ทันทีและรวดเร็ว แนวความคิดเรื่องหน่วย
ความจำแบบแคชจึงเกิดขึ้น
คอมไพเลอร์เป็นสิ่งที่นักโปรแกรมต้องพึ่ง
เมื่อชุดคำสั่งมีเพียงพื้นฐานการเขียนโปรแกรมจึงต้องอาศัยคอมไพเลอร์ที่ดี ผู้เขียน
โปรแกรมจึงเขียนโปรแกรมระดับสูงแล้วให้คอมไพเลอร์แปลงไปเป็นคำสั่งระดับภาษา
เครื่องให้เป็นภาษาระดับสูง
เริ่มต่อในมหาวิทยาลัย
ปี ค.ศ. 1975 มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ที่เบอร์กเล่ย์ ก็สร้างโครงงานพัฒนาคอมพิวเตอร์
โดยใช้ชื่อโครงงานว่า RISC โครงงานนี้สร้างเพื่อให้นักเรียนที่เรียนในระดับบัณฑิตศึกษา
ได้ทำวิทยานิพนธ์เกี่ยวกับโครงสร้างสถาปัตยกรรมของคอมพิวเตอร์เหล่านี้ เพื่อทำให้
ประสิทธิภาพดีขึ้น ต่อมาได้เพิ่มโครงงานSOAR และใช้CAD ช่วยในการออกแบบและ
สร้างซิป
RISC I เป็นซีพียูที่มี่ชุดคำสั่งที่ทำงานด้วยเวลาสั้นๆ ดังนั้นการประมวลผลข้อมูลจะต้อง
ทำกับรีจิสเตอร์จะมีคำสั่งที่เข้าถึงหน่วยความจำเพียงการโหลดและสตอร์เท่านั้น การทำงาน
ของคำสั่งส่วนใหญ่เสร็จในหนึ่งไซเกิล คำสั่งที่ใช้มี 31 คำสั่ง ซึ่งสามารถบรรจุเป็นรหัส
ขนาดเพียง 32 บิต การถอดรหัสคำสั่งสามารถทำได้ทันทีด้วยรูปแบบที่แน่นอนลักษณะ
พิเศษ RISCI คือ มีรีจิสเตอร์ภายในมาก โดยมีรีจิสเตอร์มากกว่าร้อยตัวรีจิสเตอร์เหล่า
นั้นจัดเรียงเป็นกลุ่มและซับซ้อนกัน เพื่อให้มีการเรียกข้อมูลมาใช้หรือส่งผ่านข้อมูลถึง
กันได้ โดยไม่ต้องเสียเวลาไปรับจากหน่วยความจำ RISC I จึงเป็นซีพียูที่ลดการติดต่อ
ระหว่างซีพียูกับหน่วยความจำRISC I มีรีจิสเตอร์ขนาด 32 บิต จำนวน 138 รีจิสเตอร์
แบ่งออกเป็นกลุ่มๆ เรียกว่าวินโดว์ ได้ 8 ช่องที่ซับซ้อนดังรูปที่ 8.1 ในการทำงานจะมี
กลไกการทำงานแบบกระบวนความโดยรีจิสเตอร์ 6 ตัวที่ซับซ้อนกัน การซับซ้อนของ
รีจิสเตอร์มีเพื่อให้ดึงพารามิเตอร์ผ่านทางรีจิสเตอร์เหล่านี้ได้โดยสามารถส่งจาก
กระบวนควงาม A กับ B หรือ B กับ C โดยรีจิสเตอร์ที่ใช้ในแต่ละการะบวนความเป็น
แบบโลคัล และใช้ r0-r9 เป็นโกลบอลรีจิสเตอร์หรือกล่าวได้ว่าภายในซีพียูมีกลไกการ
ทำงาน เสมือนมีสามโปรเซสเซอร์ที่ทำงานตามกระบวนความทั้งสามแบบขนานกันและส่ง
ผ่านพารามิเตอร์ระหว่างกันผ่านทางรีจิสเตอร์ที่ซับซ้อนกัน จากรายงานของ RISCI และ
RISC II กล่าวว่า ความเร็วในการทำงานของ RISCเพิ่มขึ้น 2 ถึง 4 เท่า เมื่อเทียบกับ
การทำงานแบบ CISC เช่น VAX หรือ 68000
|
|