8.10. Особенности risc-архитектуры.

Развитие архитектуры МП во многих случаях идёт по пути их усложнения: расширяется система команд, увеличивается число используемых способов адресации, вводятся сложные команды, которые выполняют процедуры, приближающиеся к примитивам языков высокого уровня и т.д.

Однако при этом порождается ряд нежелательных побочных эффектов:

Увеличивается длина кода команды и в первую очередь её операционная часть, что чревато увеличением числа форматов команд. В результате усложняется и замедляется процесс дешифрации кода операции, а также других процедур обработки команд.
Возрастающая сложность процедур обработки команд, в свою очередь, заставляет прибегать к управляющим устройствам с "гибкой" логикой вместо более быстродействующих управляющих устройств с "жёсткой" логикой.
Усложнение процессора делает более трудным или даже невыполнимым реализацию его на одном кристалле, что могло бы облегчить достижение высокой производительности.

Указанные негативные стороны процесса развития архитектуры привели к формированию альтернативного направления, использующего RISC-архитек-туру (аббревиатура RISC раскрывается как ЭВМ с сокращённым набором команд).

RISC-архитектура предполагает реализацию в процессоре сокращённого набора простейших, но часто употребляемых команд, что позволяет упростить аппаратурные средства процессора и, как результат, повысить его быстродействие.

При использовании RISC-архитектуры выбор системы команд и структуры МП направлены на то, чтобы команды выполнялись за один машинный цикл МП. Выполнение более сложных, но редко встречающихся операций обеспечивают подпрограммы.

В микропроцессорах с RISC-архитектурой машинным циклом называют время, в течение которого производится выборка двух операндов из регистров, выполнение операции в АЛУ и запоминание результата в регистре.

Характерными особенностями RISC-архитектуры являются сокращённый набор команд (не более 50 – 100), небольшое число (обычно 2 – 3) простых способов адресации (в основном регистровой) и небольшое число простых форматов команд, размер и функциональное назначение полей которых фиксированы.

В результате устройство управления процессора упрощается и может быть выполнено на "жёсткой" логике.

Кроме того, появляется возможность увеличения на кристалле числа общих и специализированных регистров до нескольких десятков и даже сотен.

Большое число регистров позволяет до предела сократить количество обращений к внешней памяти для реализации таких операций, как сохранение промежуточных результатов, передача операндов из одних программ в другие программы или подпрограммы, сохранение вектора состояния при прерываниях.

Таким образом, большинство команд в RISC-архитектуре являются быстрыми командами типа "регистр – регистр".

Ещё одной особенностью RISC-архитектуры является механизм перекрывающихся регистровых окон, предназначенный для уменьшения числа обращений к оперативной памяти и межрегистровых передач, что способствует повышению производительности процессора.

Суть механизма заключается в следующем.

Процедурам динамически выделяются небольшие группы регистров фиксированной длины (регистровые окна).

Каждое окно состоит из трёх подгрупп регистров: