II dio Mikroprocesor
2.5. CISC i RISC arhitekture mikroprocesora

2.5.1. Neke osobine RISC procesora

Karakteristike ponašanja dotadašnjih CISC (eng. Complex Instruction Set Computer) procesora i programa koji su radili na njima su bile:

• Naredbe koje su se najčešće javljale u programima su bile naredbe dodjele, uslovna naredba i poziv potprograma. Takođe, pronađeno je da su poziv i povratak iz procedure operacije koje zahtijevaju najviše vremena u tipičnim programima pisanim na višim programskim jezicima.

• Referisanje na operande se obavlja kao referisanje na lokalne skalarne vrijednosti. Na osnovu toga je zaključeno da je nužna optimizacija procesa zapisivanja i pristupa lokalnim promjenljivim.

• Pri pozivu procedura oko 98% procedura je prenosilo manje od 6 argumenata, a čak kod 92% procedura su ti argumenti bili lokalni. Ovi rezultati govore da broj riječi potreban pri pozivu procedure nije veliki, kao i da treba obratiti pažnju na pristup argumentima, čime su potvrđeni raniji rezultati.
Na osnovu rezultata ovih studija zaključeno je da koncept pravljenja arhitektura bliskih višim programskim jezicima nije optimalan. Slijedila su 3 načina za poboljšanje performansi:

1. Povećanje broja registara. Uočeno je da u analiziranim programima postoji jako veliki procenat naredbi dodjeljivanja i pomjeranja podataka. Ova karakterstika zajedno sa skalarnim tipom podataka sugerisala je da se performanse mogu poboljšati smanjenjem referisanja memorije i, umjesto toga, povećanim referisanjem registara. Kako je najveći broj takvih referenci lokalan, jedan od praktičnih prilaza je bio povećanje broja registara.

2. Poboljšanje dizajna preklapanja instrukcija. Obzirom na visoki procenat uslovnih skokova i poziva procedura uobičajeni način implementacije preklapanja nije efikasan. Posljedica uslovnih skokova i poziva procedura je postojanje velikog broja instrukcija koje su dohvaćene ali se nikada ne izvršavaju.

3. Smanjen broj osnovnih instrukcija. Sa smanjenim brojem osnovnih instrukcija jednostavnije je konstruisati mikroprocesor (koji je po definiciji na jednom jedinom čipu), manje vremena se troši na prepoznavanje instrukcija i instrukcije su brže jer se izvršavaju u jednom ciklusu.

Najpoznatiji proizvođači RISC čipova su firme Motorola (88000, ..., PowerPC), Silicon Grpahics (MIPS R1000, R3000, R4000, ..., R12000), Digital (Alpha), Hewlett Packard (PA-RISC 8200,...,8600), Sun Microsystems (Micro SPARC i ULTRA SPARC) i IBM (RS/6000 i PowerPC).

Osobine RISC procesora koje su zajedničke bez obzira na proizvođača su:

1. Izvršavanje (bar) jedne mašinske instrukcije za jedan mašinski ciklus. Ovim se smanjuje ili eliminiše potreba za mikrokodom i kompletna mašinska instrukcija može da bude hardverski kodirana. Takva instrukcija se izvršava brže od odgovarajućih instrukcija CISC procesora jer nema potrebe za vršenjem mikroprogramske kontrole.

2. Najveći broj mašinskih operacija je tipa registar-u-registar što rezultuje uprošćenom upravljačkom jedinicom. Takođe, ovakva arhitektura omogućuje optimizaciju upotrebe registara tako da argument kome se često pristupa ostaje u brzoj memoriji od koje su napravljeni registri.

3. Upotreba relativno malog broja načina adresiranja. Najveći broj instrukcija RISC procesora koristi registarsko adresiranje. Pored njega mogu da se jave i drugi načini adresiranja kao npr. adresiranje sa baznim registrom i udaljenjem, i/ili relativno adresiranje u odnosu na programski brojač. Ostali kompleksniji načini adresiranja se realizuju softverski.
Ova osobina takođe ima uticaj na jednostavnost konstrukcije upravljačke jedinice čime se povećava brzina rada.

4. Upotreba jednostavnih formata instrukcija. U opštem slučaju se koristi samo nekoliko različitih formata instrukcija. Instrukcije su fiksne dužine i obično su poravnate na granicu riječi, što znači da ne prelaze granice stranica. Polja u instrukcijama (npr. kod operacije) su takođe fiksne dužine što omogućuje istovremeno dekodiranje operacionog koda i pristup operandu instrukcije. Takođe, mali broj formata pojednostavljuje upravljačku jedinicu.

Prednosti RISC procesora u odnosu na procesore izvedene u CISC tehnologiji se mogu podijeliti u dve grupe:

1. Jednostavnija konstrukcija. Zbog manjeg broja instrukcija i jednostavnije strukture vrijeme potrebno za dizajniranje i uvođenje takvog procesora u komercijalnu upotrebu je znatno kraće.

2. Bolje performanse. RISC čipovi posjeduju znatno bolje performanse od CISC čipova koji rade na istim brzinama. Za RISC mikroprocesore je jednostavnije definisati prevodioce koji formiraju mnogo optimalniji kod nego za CISC mikroprocesore. Veliki broj instrukcija koje generišu prevodioci je relativno jednostavan. Upravljačka jedinica može da se napravi da za ovakve instrukcije koristi vrlo malo mikrokodiranja, tako da se one izvršavaju brže nego na odgovarajućim CISC procesorima.
RISC procesori postižu bolje performanse i zbog intenzivnog korišćenja tehnike preklapanja instrukcija (o tome će biti riječi kasnije)

2.5. CISC i RISC arhitekture mikroprocesora    <    Index    >    2.6. Časovnik, riječ i magistrala