RISC

Z Wikipedii

Masz nowe wiadomości (różnica z poprzednią wersją).

RISC (Rationalized Instruction Set Computers, wcześniej skrót od Reduced Instruction Set Computers) - nazwa architektury mikroprocesorów która została przedstawiona pod koniec lat 70. w teoretycznych pracach na uniwersytecie Berkeley oraz w wynikach badań Johna Cocke z Thomas J. Watson Research Center.

Ówczesne procesory (budowane w architekturze CISC) charakteryzowały się bardzo rozbudowaną listą rozkazów, ale jak wykazały badania tylko nieliczna ich część była wykorzystywane w statystycznym programie. Okazało się np. że ponad 50% rozkazów w kodzie to zwykłe przypisania (zapis zawartości rejestru do pamięci i odwrotnie).

Ponadto badania wykazały, że podczas działania programu ok. 26-45% wykonywanych instrukcji to instrukcje wywołania podprocedur lub instrukcje obsługujące pętle, ok. 13-15% to wspomniane przypisania, 7-21% to instrukcje warunkowe (jeśli warunek to ...), natomiast reszta to tylko 1-3%.
(Dane procentowe za Józef Kalisz, „Podstawy elektroniki cyfrowej”)

W związku z powyższym zaprezentowano architekturę mikroprocesorów, w której uwzględniono wyniki badań. Jej podstawowe cechy to:

Zredukowana liczba rozkazów do niezbędnego minimum. Ich liczba wynosi kilkadziesiąt, podczas gdy w procesorach CISC sięga setek. Upraszcza to znacznie dekoder rozkazów.
Redukcja trybów adresowania, dzięki czemu kody rozkazów są prostsze, bardziej zunifikowane, co dodatkowo upraszcza wspomniany wcześniej dekoder rozkazów. Ponadto wprowadzono tryb adresowania, który ogranicza ilość przesłań - większość operacji wykonuje się wg schematu: $rejestr_C = rejestr_A \quad operacja \quad rejestr_B$ .
Ograniczenie komunikacji pomiędzy pamięcią, a procesorem. Przede wszystkim do przesyłania danych pomiędzy pamięcią, a rejestrami służą dedykowane instrukcje, które zwykle nazywają się load (załaduj z pamięci), oraz store (zapisz do pamięci); pozostałe instrukcje mogą operować wyłącznie na rejestrach. Schemat działania na liczbach znajdujących się w pamięci jest następujący: załaduj daną z pamięci do rejestru, na zawartości rejestru wykonaj działanie, przepisz wynik z rejestru do pamięci.
Zwiększenie liczby rejestrów (np. 32, 192, 256, podczas gdy np. w architekturze x86 jest zaledwie 8 rejestrów), co również ma wpływ na zmniejszenie liczby odwołań do pamięci.
Dzięki przetwarzaniu potokowemu (ang. pipelining) wszystkie rozkazy wykonują się w jednym cyklu maszynowym, co pozwala na znaczne uproszczenie bloku wykonawczego, a zastosowanie superskalarności także na zrównoleglenie wykonywania rozkazów. Dodatkowo czas reakcji na przerwania jest krótszy.

Pierwszym procesorem zaprojektowanym w oparciu o architekturę RISC był RCA1802 wyprodukowany przez firmę RCA.

Obecnie popularne procesory Intela z punktu widzenia programisty są widziane jako CISC, ale ich rdzeń jest RISC-owy. Rozkazy CISC są rozbijane na mikrorozkazy (ang. microops), które są następnie wykonywane przez RISC-owy blok wykonawczy.

Przykłady rodzin mikroprocesorów o architekturze RISC: