Classificazione delle Architetture CISC e RISC

Podcast

Play an AI-generated podcast conversation about this lesson

Questions and Answers

Qual è la formula per calcolare il throughput di un sistema SISD con pipelining?

throughput > 1/latenza (correct)

throughput = K/(N-1)

throughput = 1/ latenze

throughput = N/(K+N-1)

Quanti cicli di clock sono necessari per elaborare N istruzioni in un modello SISD con pipeline a K stadi?

K + N

K + (N-1) (correct)

Qual è il guadagno massimo nello speed-up di un sistema SISD con pipelining?

speed-up = (K + N)/KN

speed-up = KN/(K + N)

speed-up = KN/(K + (N-1)) (correct)

speed-up = N/(K - 1)

Qual è un fattore limitante della potenzialità della pipeline?

Presence of branch hazard Signup and view all the answers

Quale dichiarazione è vera riguardo alle pipeline nei modelli SISD?

Le pipeline possono aumentare la velocità di elaborazione in presenza di istruzioni indipendenti. Signup and view all the answers

Quali sono le caratteristiche delle architetture CISC?

Utilizzano una unità di controllo microprogrammata per eseguire istruzioni complesse. Signup and view all the answers

Cos'è una delle principali differenze tra architetture CISC e RISC?

Le architetture RISC non prevedono un livello di microprogrammazione. Signup and view all the answers

Quale affermazione è vera riguardo agli approcci CISC?

CISC contribuisce a colmare il gap tra linguaggi di alto livello e architetture. Signup and view all the answers

Quale affermazione descrive meglio le architetture RISC?

Sono ottimizzate per eseguire un numero limitato di istruzioni in modo rapido. Signup and view all the answers

Perché le architetture CISC sono considerate vantaggiose per la programmazione ad alto livello?

Offrono una vasta gamma di istruzioni che riducono la necessità di scrivere codice complesso. Signup and view all the answers

Qual è la principale caratteristica dell'architettura CISC?

Istruzioni macchina di lunghezza variabile Signup and view all the answers

In quale modello il processore esegue un flusso di istruzioni su un insieme di dati scalari?

SISD Signup and view all the answers

Qual è il vantaggio principale del pipelining nel modello SISD?

Aumenta il throughput delle istruzioni Signup and view all the answers

Qual è una limitazione architetturale del modello SISD?

Singola connessione tra memoria e processore Signup and view all the answers

Quale tecnica può essere utilizzata per superare il collo di bottiglia nel modello SISD?

Aumento della larghezza del bus di dati Signup and view all the answers

Quale affermazione è vera riguardo al modello MIMD?

Esegue simultaneamente diverse sequenze di istruzioni su dati diversi Signup and view all the answers

Qual è il numero di registri nella famiglia processori Intel IA-64?

128 Signup and view all the answers

Quale non è un modello della classificazione di Flynn?

RISC Signup and view all the answers

Cosa rappresenta la latenza nel contesto del pipelining?

Tempo necessario per completare un'istruzione Signup and view all the answers

Qual è la caratteristica delle istruzioni della famiglia di processori IA-32?

Istruzioni di lunghezza variabile Signup and view all the answers

Cosa causa un conflitto RAW?

Un'istruzione che deve operare sul risultato di un'altra istruzione. Signup and view all the answers

Qual è una tecnica utilizzata per ridurre il blocco della pipeline causato da istruzioni di salto condizionato?

Branch prediction. Signup and view all the answers

Cosa succede quando un salto condizionato viene effettuato in presenza di Delayed branch?

L'istruzione prelevata deve essere eliminata dalla pipeline. Signup and view all the answers

Qual è un effetto negativo del riordino delle istruzioni per gestire le dipendenze?

Maggiore complessità dell'hardware e aumento dei consumi. Signup and view all the answers

Quale tipo di istruzione non richiede necessariamente tutti gli stadi della pipeline?

Istruzioni a zero operandi. Signup and view all the answers

Quale delle seguenti affermazioni è vera riguardo all'architettura RISC in relazione alla pipeline?

Le architetture RISC generalmente hanno più istruzioni semplici. Signup and view all the answers

Cosa viene memorizzato in una Tabella della storia dei salti?

La storia delle istruzioni di salto e i risultati delle ultime esecuzioni. Signup and view all the answers

Qual è un aspetto negativo del fatto che ogni istruzione si assume che richieda tutti gli stadi della pipeline?

Le istruzioni più semplici possono essere rallentate. Signup and view all the answers

Study Notes

Introduzione

Si parla di classificazione delle architetture.

Classificazione in base al numero di istruzioni eseguibili

Architetture CISC (Complex Instruction Set Computer): Il set di istruzioni è composto da molte istruzioni con lunghezza variabile. Include sia istruzioni semplici che complesse, che necessitano dell'unità di controllo microprogrammata per l'esecuzione.
Architetture RISC (Reduced Instruction Set Computer): Il set di istruzioni è costituito da un numero ridotto di istruzioni a lunghezza fissa. Comprende solo istruzioni semplici, che possono essere eseguite velocemente dall'unità di controllo cablata.

Architetture CISC

L'approccio CISC è stato sviluppato per facilitare la programmazione ad alto livello.
L'uso di linguaggi ad alto livello crea uno scarto tra le operazioni consentite dal linguaggio e quelle dell'architettura del calcolatore.
Le architetture CISC hanno un ricco insieme di istruzioni macchina, simili ai comandi di alto livello.
Questo permette compilatori meno complessi e codice eseguibile più compatto.

Architetture RISC

L'approccio RISC non usa la microprogrammazione.
Le architetture RISC dispongono di poche istruzioni macchina semplici.
Le istruzioni prevedono operandi nei registri.
Solo poche istruzioni (es. Load e Store) fanno riferimento alla memoria.
Le architetture RISC dispongono di molti registri generali.
Le architetture RISC usano semplici formati di indirizzamento.
Ogni istruzione macchina è completata in un ciclo macchina.

Architetture CISC e RISC

IA-32 (famiglia processori Intel fino al Pentium IV): è di tipo CISC. Le istruzioni macchina hanno lunghezza variabile, sono difficili da decodificare velocemente, e molti riferimenti alla memoria.
IA-64 (nuova famiglia processori Intel a partire da ITANIUM): è di tipo RISC. Le istruzioni macchina hanno lunghezza fissa, sono facili da decodificare, con molti registri e poche istruzioni con riferimenti alla memoria.

Classificazione di Flynn (1972)

SISD (Single Instruction Single Data): Un singolo processore esegue un flusso di istruzioni su un singolo insieme di dati.
SIMD (Single Instruction Multiple Data): Un'istruzione macchina viene eseguita simultaneamente su più insiemi di dati.
MISD (Multiple Instruction Single Data): Più processori eseguono diverse sequenze di istruzioni su un singolo insieme di dati (modello non comune).
MIMD (Multiple Instruction Multiple Data): Più processori eseguono simultaneamente diverse sequenze di istruzioni su diversi insiemi di dati. (multiprocessori o multicomputer)

Modello SISD

Il modello di Von Neumann, basato su un unico processore che esegue una sola istruzione per volta su un dato scalare.
Le istruzioni vettoriali sono trasformate in istruzioni scalari eseguite sequenzialmente.
L'esecuzione è strettamente sequenziale (solo un'istruzione per volta).
L'ordine di esecuzione è definito dal programma.
Un'immagine mostra la CPU, la memoria e le periferiche connessi da un bus.
Il bus ha un limite architetturale, il collo di bottiglia, perché il processore può prelevare una istruzione alla volta dalla memoria.

Modello SISD con Pipeline

L'esecuzione dell'istruzione è divisa in più stadi (fetch, decode, operand fetch, execute, write back).
La tecnica del pipelining sovrappone gli stadi di diverse istruzioni, migliorando l'efficienza.
Ogni stadio è gestito da un'unità HW dedicata.
Lo schema mostra le diverse fasi del ciclo d'istruzione e le unità coinvolte.
La pipeline a cinque stadi è illustrata con un diagramma temporale che mostra la sovrapposizione temporale delle istruzioni.
Il modello SISD basato su pipelining rimane seriale nella sequenza temporale delle istruzioni e nella successione dei loro stadi.
L'esecuzione paralella succede a livello degli stadi del ciclo d'istruzione.
Il vantaggio principale del pipelining è quello di aumentare la frequenza di completamento delle istruzioni, aumentando il throughput.
Viene mostrata la latenza e il throughput.
Il pipelining introduce difficoltà (hardware più complesso, consumo maggiore) che limitano la potenzialità in situazioni reali.
Considerate le istruzioni di salto e le dipendenze tra le istruzioni (es. conflitto RAW).
Soluzioni come branch prediction e delayed branch sono utilizzate per affrontare le dipendenze data.
Non tutte le istruzioni necessitano di tutti gli stadi della pipeline.

Studying That Suits You

Use AI to generate personalized quizzes and flashcards to suit your learning preferences.

Description

In questo quiz esplorerai le differenze tra architetture CISC e RISC, con un focus sulla loro classificazione in base al numero di istruzioni eseguibili. Scoprirai come ciascun tipo di architettura influisca sulla programmazione e sull'esecuzione delle istruzioni. Testa le tue conoscenze su queste due importanti architetture informatiche.