Arhitektura računarskih sistema

Uvod

Prva skraćenica za mikroprocesor, a danas često nazvan CPU, ili centralna procesorska jedinica predstavlja centralni sastavni dio PC računara. Ta vitalna komponenta je na neki način odgovorna za svaku pojedinačnu stvar koju radi PC računar. Ona između ostalog određuje, u najmanju ruku, djelimično koji operativni sistemi mogu da se upotrijebe, koje softverske pakete PC računar može da izvršava, koliko električne energije troši i koliko će sistem biti stabilan. Procesor je takođe glavna odrednica ukupne cijene sistema: što je procesor noviji i moćniji, mašina će biti skuplja.

Kada je Mađar po rođenju John ven Neumann, prvi put predložio skladištenje sekvence instrukcija – da tako kažemo, programa u istoj memoriji sa podacima, to je u to vrijeme bila znatno inovativna ideja. On je to učinio u svom “Prvom nacrtu izvještaja o računaru EDVAC”, koji je napisao 1945. godine. U tom izvještaju, računar se organizuje u četiri glavna dijela: centralna aritmetička jedinica, centralna upravljačka jedinica, memorija i ulazno/izlazni uređaji. Više od pola vijeka kasnije, skoro svi procesori imaju “Von Neumannovu” arhitekturu.

U periodu od više godina, dvije porodice mikroprocesora preovlađivale su u industriji PC računara – Intelov Pentium i PowerPc koji prave udruženje kompanije Apple/IBM/Motorola – a svaka od tih centralnih procesorskih jedinica je glavni primjer suprostavljenih koncepata arhitekture CPU tog vremena, CISC I RISC.

CISC (računar sa skupom složenih instrukcija, complex instruction set computer) predstavlja tradicionalnu računarsku arhitekturu, u kojoj centralna procesorska jedinica koristi mikrokod da bi izvršavala veoma obiman skup instrukcija. Te instrukcije mogu da budu promjenjive dužine i koriste sve načine adresiranja, što zahtijeva složena elektronska kola za njihovo dekodovanje.

Izvjestan broj godina, proizvođači računara bili su skloni da prave sve složenije centralne procesorske jedinice, sa sve obimnijim i složenijim skupom instrukcija. Godine 1974, John Cocke iz firme IBM Research, odlučio je da pokuša jedan drugi pristup, koji je dramatično smanjio broj instrukcija koje je čip mogao da izvršava. Do sredine 1980-ih godina, to je dovelo do velikog broja proizvođača računara koji su potpuno obrnuli trend, gradeći centralne procesorske jedinice koje su mogle da izvršavaju veoma ograničen skup instrukcija.

RISC (računar sa samnjenim skupom instrukcija, reduced instruction set computer) imaju konstantnu veličinu instrukicije, ukinule su indirektni način adresiranja i zadržale su samo one instrukcije koje mogu da preklapaju i koje mogu da se izvršavaju u jednom mašinskom ciklusu ili manje. Jedna od predanosti centralnih procesorskih jedinica RISC je u tome što ne mogu da izvršavaju svoje instrukcije vrlo brzo, zato što su te instrukcije tako jednostavne. Druga, možda i važnija predanost je to što čipovi RISC zahtijevaju manje tranzistora, što ih čini jeftinijim u proizvodnju.