Обзор архитектур вычислительных ядер

Наличие заданного набора исполняемых команд и программ было характерной чертой первых компьютерных систем. Сегодня подобный дизайн применяют с целью упрощения конструкции вычислительного устройства. Так, настольные калькуляторы, в принципе, являются устройствами с фиксированным набором выполняемых программ. Их можно использовать для математических расчётов, но невозможно применить для обработки текста и компьютерных игр, для просмотра графических изображений или видео. Изменение встроенной программы для такого рода устройств требует практически полной их переделки, и в большинстве случаев невозможно. Впрочем, перепрограммирование ранних компьютерных систем всё-таки выполнялось, однако требовало огромного объёма ручной работы по подготовке новой документации, перекоммутации и перестройки блоков и устройств и т. п. Всё изменила идея хранения компьютерных программ в общей памяти.

Архитектура фон Неймана — широко известный принцип совместного хранения команд и данных в памяти компьютера. Недостаток – общая память для инструкций и данных.

Гарвардская архитектура — архитектура ЭВМ, отличительными признаками которой являются:

1. Хранилище инструкций и хранилище данных представляют собой разные физические устройства.

2. Канал инструкций и канал данных также физически разделены.

Достоинство – параллельный доступ к инструкциям и данным.

Глобальная задача при проектировании вычислительных ядер – достижение максимального быстродействия.

Возможные пути увеличения быстродействия:

1. Совершенствование технологий производства ИС.

2. Использование встраиваемых блоков (Системы на Кристалле, СнК).

3. Программная оптимизация кода с учетом архитектуры.

4. Использование аппаратных ускорителей.

5. Архитектурная реорганизация (CISC>RISC>VLIW>EPIC).

6. Реконфигурируемые вычислители.