Home » Novi trendovi u arhitekturi računara

Novi trendovi u arhitekturi računara

Razvoj računarskih arhitektura odvijao se konvergentno. Na početku svaka računarska firma je svoje računare razvijala na bazi sopstvenih specifikacija arhitekture. Najpoznatije arhitekture računara su bile IBM System 360/370, DEC PDP 11 i VAX 11, Burroughs 5000, Honeywell 6000 i Level 6, CDC 6000 i Cyber, Univac 1100/2200, HP 1000, itd. novi trendovi
novi trendovi U takvim uslovima firme su sa hardverom nudile i potreban sistemski softver, tj. operativne sisteme i programske prevodioce za programske jezike visokog nivoa, prilagođene konkretnoj arhitekturi. novi trendovi
novi trendovi Sa razvojem poluprovodničke tehnologije i mikroprocesora došlo je do pojave mikroračunara. To je naročito došlo do izražaja kada se na tržištu pojavila familija IBM PC računara. I kasnije mobilni uređaji kao što su mobilni telefoni i tableti. Mikroračunari i mobilni računarski uređaji prevashodno se realizuju na bazi mikroprocesora i mikrokontrolera. U takvim uslovima došlo je do konvergencije arhitektura računara. Shodno tome izdovojilo se nekoliko arhitektura koje su korišćene kao osnove za razvoj procesorske podrške savremenih računara. Najpoznatije arhitekture korišćene za razvoj mikroprocesora su: x86, MIPS, SPARC, PowerPC i ARM. Istraživanja su pokazala da je 99% mobilnih telefona i tableta bazirano na arhitekturi ARM v7/v8, a u istom broju (99%) prenosivih i stonih računara je bazirano x86 arhitekturi.
x86 predstavlja računarsku arhitekturu koja je bazirana na procesoru Intel 8086, koji je predstavljen javnosti 1978. godine. Termin x86 potiče od toga što su se imena nekoliko peocesora koji su nasledili 8086 završavala sa „86“ ((0286, 80386, 80486). Pored Intela ova arhitektura je korišćena za realizaciju mikroprocesora različitih firmi kao što su Cyrix, AMD, VIA i druge. Zanimljivo je da je firma Zet napravila klon x86 procesora kao pokušaj da se ponudi procesor tzv. otvorenog – hardvera. Međutim, samo Intel, AMD i VIA poseduju licencu za ovu arhitekturu i prozvode savremene 64 – bitne mikroprocesore.  novi trendovi
novi trendovi MIPS (Microprocessor withoutInterlocked Pipeline Stages) je procesorska arhitektura RISC tipa, razvijena od strane MIPS Technology. Ranije verzije ove arhitekture su bile 32 – bitne, a kasnije su se pojavile i 64 – bitna verzije. Projekat ove arhitekture nastao je početkom 80 – tih godina prošlog veka kroz istraživanja na univerzitetu Stenford. Kada je 1984. godine osnovana kompanija MIPS Computer Systems započela je komercijalizacija ovih istraživanja.

Uticaj na druge

Mnoge kompanije, kao što su LSI Logic, Toshiba, Philips, NEC, IDT i NKK razvile su mikroprocesore na bazi MIPS arhitekture. Tokom razvoja MIPS arhitektura prošla je nekoliko stepena evolucije, poznate kao MIPS I, MIPS II, MIPS III i MIPS IV. Svaki od naslednika bio je nadskup prethodnika. Aktuelna verzija je MIPS32/64 Release 6. Inicijalno MIPS arhitektura je bila namenjena računarima opšte namene pa su MIPS procesori ugrađivani u personalne računarae, radne stanice i servere firmi kao što su DEC, Silicon Graphics i Tandem Computers. Od prethodne godine MIP procesori se koriste i mrežnim prenosnicima (gateway) i ruterima. Zanimljivo je da su tokom 90 – tih godina MIPS procesori korišćeni u superračunarima, ali takvih sistem više nema u listi Top500.

SPARC (Scalable Processor Architecture) je računarska arhitektura RISC tipa koju je razvijena u kompaniji Sun Microsystem. Razvijena je pod uticajem eksperimentalnog RISC sistema razvijenog na univerzitetu Berkli početkom 80 – tih. Privi procesor sa SPARC arhitekturom realizovan je 1987. godine i bio je jedan od najuspešnijih ranih komercijalnih RISC sistema. Originalna 32 – bitna arhitektura (SPARC V7) korišćena je u Sun-4 radnoj stanici. I serverskim sistemima, zamenjujući prethodni Sun-3 sistem koji je bio baziran na Motorolinoj 68000 seriji procesora.

Traženje samobitnosti

SPARC V9, koji se pojavio 1993. godine uveo je 64 – bitnu arhitekturu i realizovan je kroz UltraSPARC procesore dve godine kasnije. SPARC arhitektura bila je licencirana od nekoliko proizvođača, kao što su Atmel, Bipolar Integrated Technology, Cypress Semiconductor, Fujitsu, Matsushita i texas Instruments. U petak 1. septembra 2017. godine posle odluke o smanjenju broja zaposlenih u kompaniji Oracle Labs iz 2016. godine Oracle je prekinuo dalji razvoj SPARC okončanjem projekta SPARC M8 namenjenog high – end serverima.

PowerPC (Performance Optimization With Enhanced RISC – Pereformance Computing) je računarska arhitektura RISC tipa koju su specificirali 1991. godine grupacija komapanija Apple – IBM – Motorola poznata kao AIM. PowerPC se od 2006. godine naziva Power ISA, dok je staro ime ostalo kao zaštitni znak za neke realizacije procesora bazirane na ovoj arhitekturi. Arhitektura je originalno bila namenjena personalnim računarima i korišćena je kod Apple računara.

Pokušaj nečeg novog

Kao što su Power Macintosh, PowerBook, iMac, iBook i Xserve sve do 2006. godine kada je Apple prešao na Intelovu arhitekturu x86. Posle toga arhitektura je ostala popularna za embedded i procesore visokih performansi. PowerPC je najvećim delom bazirana na ranijoj IBM POWER arhitekturi i zadržala je visok nivo kompatibilnosti sa njom. Arhitekture su dovoljno bliske da isti programi i operativni sistemi mogu da se izvršavaju na obe pod uslovom da priprema izvršena pažljivo.

ARM origunalno Acorn RISC Machine, a kasnije Advanced RISC Machine je familija RISC računarskih arhitektura za projektovanje procesora. Britanska kompanija ARM Holdings razvija arhitekturu i licencira je drugim kompanijama, koje projektuju sopstvene proizvode realizovanjem neke od ovih arhitektura uključujući SoC (Systems on Chip) komponente i SoM (System on Module) koji sadrže memoriju, interfejse, radio module, itd. Ova firma takođe projektuje jezgra u kojima su ugrađena skupovi isntrukcija i licencira te projekte brojnim kompanijama koje ugrađuju ta jezgra u sopstvene proizvode.

ARM – jedinstvena pojava u svetu računarstva

ARM Holdings periodično ažurira arhitekture i projekte jezgara. Svi oni podržavaju 32 – bitni adresni prostor i 32 – bitnu aritmetiku. Instrukcije ARM jezgara imaju fiksnu dužinu istrukcija od 32 bita. Mada neke kasnije arhitekture podržavaju instrukcije promenljive dužine koje imaju i 32 – i 16 – bitne instrukcije da bi se poboljšala gustina koda. Neka starija jezgra poseduju hardver za izvršavanje JAVA bytecodes. ARM v8-A arhitektura koja je najavljena u oktobru 2011. godine imala je podršku za 64 – bitni adresni prostor. Kao i 64 – bitnu aritmetiku sa novim 32 – bitnim skupom instrukcija. Sa preko 100 milijardi ARM procesora proizvedenih zaključno sa 2017. godinom ARM je predstavlja brojčano najrašireniju ISA arhitekturu. 

Kratkim predstavljanjem istorijata računarskih arhitektura napravljen je uvod za prikaz istraživanja u kojima će se vršiti evaluacija novih trendova u računarskim arhitekturama. 

RISC – V Free and Open RISC Instruction Set Architecture

RISC – V je besplatna i  slobodna arhitektura skupa instrukcija (ISA, Instruction Set Architecture). Ona treba da omogući novu eru u inovacijama na polju računarskih procesora. Na bazi ove ideje 2015. godine je osnovana RISC – V Foundation koju čini više od 100 članova – organizacija. Ovim je formirana prva otvorena zajednica inovatora softvera i hardvera. RISC – V je neprofitna korporacija kojom upravljaju njeni članovi. Njen zadatak je da upravlja budućim razvojem i prilagođavanjem RISC – V računarske arhitekture.

RISC-V Fondation

Članovi RISC – V Foundation imaju pristup i mogućnost učestvovanja u razvoju specifikacije RISC – V ISA i odgovarajućeg hardvera i softvera. Na čelu Foundation nalazi se Board of Directors, koje čine predstavnici sedam reprezentativnih institucija: Bluespec, Inc.; Microsemi; NVIDIA; NXP; University of California, Berkeley and Wester Digital. RISC – V ISA Je originalno razvijen u Computer Science Division, EECS Department na Univerzitetu Kalifornije u Berkliju (University of Californiy, Berkeley).

Detaljnije o RISC – V Foundation može se videti na stranici RISC – V Foundation.

U okviru ovog projekta predviđene su sledeće aktivnosti:

  • Upoznavanje sa specifikacijom ISA arhitekture na korisničkom nivou;
  • Upoznavanje sa specifikacijom privilegovanih instrukcija u okviru ISA arhitekture;
  • Upoznavanje sa skupom aplikacija koje su razvijene kao podrška RISC – V;
  • Upoznavanje sa skupom IP Cores koji su razvijeni na bazi RISC – V arhitekture.
Cilj projekta je da se širi krug zainteresovanih upozna sa konceptom otvorene računarske arhitekture kakav je promovisan u okviru RISC – V. U skladu sa tim želi se učiniti korak u definisanju sopstvenih varijeteta osnovnog skupa instrukcija.