Αρχιτεκτονική Υπολογιστών - Κεφάλαιο 2 - Ενότητα 1

Αρχιτεκτονική καταχωρητών γενικής χρήσης

Οι καταχωρητές χρησιμοποιούνται για τη φύλαξη των μεταβλητών και πλεονεκτούν έναντι της μνήμης για τους εξής λόγους:

1. Το φορτίο στη μνήμη μειώνεται (αιτήσεις για φόρτωση ή αποθήκευση).

2. Το πρόγραμμα επιταχύνεται (αφού οι καταχωρητές είναι ταχύτεροι από τη μνήμη).

3. Η πυκνότητα κώδικα βελτιώνεται (αφού ένας καταχωρητής μπορεί να προσδιοριστεί με λιγότερα ψηφία απ΄ ότι μία θέση μνήμης).

Η προσπάθεια κατανομής μεταβλητών στους καταχωρητές δεν θα είναι αποδοτική αν είναι μικρός ο αριθμός των καταχωρητών γενικής χρήσης (όλοι οι καταχωρητές εκτός αυτών που έχουν δεσμευθεί από το σύστημα με κάποια συγκεκριμένη λειτουργία),. Οι περισσότεροι μεταγλωττιστές δεσμεύουν κάποιους καταχωρητές για το πέρασμα παραμέτρων και επιτρέπουν στους υπόλοιπους να χρησιμοποιηθούν για τη φύλαξη των μεταβλητών.

Δύο βασικά χαρακτηριστικά χωρίζουν τις αρχιτεκτονικές καταχωρητών γενικής χρήσης και αφορούν στον αριθμό και τη φύση των τελεστέων για μία αριθμητική και λογική εντολή:

1. Το πλήθος των τελεστέων σε μία εντολή.
    Τύπος εντολής με τρεις τελεστέους: η εντολή περιλαμβάνει δύο πηγαίους τελεστέους και έναν τελεστέο προορισμού.
    Τύπος εντολής με δύο τελεστέους: η εντολή περιλαμβάνει δύο πηγαίους τελεστέους, εκ των οποίων ο ένας είναι και τελεστέος
     προορισμού.
2. Το πλήθος των τελεστέων που μπορεί να είναι διευθύνσεις μνήμης στις αριθμητικές και λογικές εντολές.
     Ο αριθμός τελεστέων που μπορεί να είναι διευθύνσεις μνήμης ποικίλλει από κανέναν έως 3.

Μετά το 1980 έχει επικρατήσει ο σχεδιασμός μηχανών με καταχωρητές γενικής χρήσης για δύο λόγους :

Ταχύτητα (οι καταχωρητές είναι γρηγορότεροι από τη μνήμη).
Ευκολία χρήσης και αποδοτικότητα (χρησιμοποιούνται ευκολότερα από το μεταγλωττιστή και από τους τύπους εσωτερικής αποθήκευσης).

Παρόλο που υπάρχουν 7 δυνατοί συνδυασμοί για να κατηγοριοποιήσουμε τους υπολογιστές ανάλογα με τη φύση και τον αριθμό των τελεστέων που χρησιμοποιούν, οι δύο μόνο από αυτούς χρησιμοποιούνται σε όλους σχεδόν τους υπολογιστές. Τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα καθενός από τους παραπάνω συνδυασμούς φαίνονται στον παρακάτω πίνακα:

ΤΥΠΟΣ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗΣ ΚΑΤΑΧΩΡΗΤΩΝ ΓΕΝΙΚΗΣ ΧΡΗΣΗΣ	*ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ*	*ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ*
Καταχωρητή - Καταχωρητή (ή Φόρτωσης-αποθήκευσης)	Απλός, σταθερό μήκος κωδικοποίησης εντολής. Απλό μοντέλο παραγωγής κώδικα. Οι εντολές απαιτούν ίδιο χρόνο για να εκτελεστούν.	Μεγαλύτερο πλήθος εντολών. Μερικές εντολές είναι μικρές και μπορεί να υπάρξει σπατάλη των bits κωδικοποίησης.
*Καταχωρητή - Μνήμης*	Μπορεί να γίνει προσπέλαση των δεδομένων, χωρίς να έχει γίνει πρώτα ανάκληση. Ο τύπος των εντολών τείνει να γίνει ευκολότερος για κωδικοποίηση και έχει καλή περιεκτικότητα.	Οι τελεστέοι δεν είναι ισοδύναμοι αφού ένας πηγαίος τελεστέος σε μία δυαδική πράξη καταστρέφεται. Η κωδικοποίηση ενός αριθμού καταχωρητή και μιας διεύθυνσης μνήμης σε κάθε εντολή ίσως περιορίσει τον αριθμό των καταχωρητών. Ο χρόνος που χρειάζεται για την εκτέλεση των εντολών ποικίλλει ανάλογα με τη θέση των τελεστέων.

ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 5

Ποιοι είναι οι λόγοι για τους οποίους οι καταχωρητές γενικής χρήσης έχουν επικρατήσει στην σχεδίαση των υπολογιστών; Να επιλέξετε μία ή περισσότερες από τις παρακάτω απαντήσεις και να αιτιολογήσετε την απάντησή σας.

Α. Ταχύτητα
Β. Πλεονεκτούν έναντι της μνήμης
Γ. Έχουν μεγαλύτερο πλήθος εντολών
Δ. Προσφέρουν ευκολία χρήσης και είναι πιο αποδοτικοί
Ε. Ο αριθμός και η φύση των τελεστέων ποικίλλει από εντολή σε εντολή

ΑΠΑΝΤΗΣΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑΣ 5