3. Cisc и risc процессоры

RISC (Restricted (reduced) instruction set computer – компьютер с упрощённым набором команд) — архитектура процессора, в которой быстродействие увеличивается за счёт упрощения команд, чтобы их декодирование было проще, а время выполнения  — короче. Это также облегчает повышение тактовой частоты и делает более эффективной распараллеливание команд между несколькими исполнительными блоками.

Наборы команд в более ранних архитектурах для облегчения ручного написания программ на языках ассемблеров или прямо в машинных кодах, а также для упрощения реализации компиляторов, выполняли как можно больше работы. Нередко в наборы включались команды для прямой поддержки конструкций языков высокого уровня. Другая особенность этих наборов – большинство команд, как правило, допускали все возможные методы адресации – к примеру, и операнды, и результат в арифметических операциях доступны не только в регистрах, но и через непосредственную адресацию, и прямо в памяти. Позднее такие архитектуры были названы CISC (Complex instruction set computer).

Цель архитектуры RISC - сделать команды настолько простыми, чтобы они легко конвейеризировались и тратили не более одного такта на каждом шаге конвейера на высоких частотах.

Характерные особенности RISC-процессоров:

• Фиксированная длина машинных команд (например, 32 бита) и простой формат команды;

• Специализированные команды для операций с памятью – чтения или записи. Обращение к памяти идёт только через команды load и store, а все прочие команды ограничены внутренними регистрами (т. н. архитектура load-and-store). Это упростило архитектуру процессоров: позволило командам иметь фиксированную длину, упростило конвейеры и изолировало логику, имеющую дело с задержками при доступе к памяти, только в двух командах;

• Большое количество регистров общего назначения (32 и более);

• Отсутствие поддержки операций вида «изменить» над укороченными типами данных — байт, 16-битное слово. Процессор работает над операндами, строго имеющими разрядность процессора;

• Отсутствие микропрограмм (например, обработка отказов страниц) внутри самого процессора. То, что в CISC процессоре исполняется микропрограммами, в RISC процессоре исполняется как обыкновенный машинный код.

CISC (complex instruction set computing, или complex instruction set computer – компьютер с полным набором команд) — концепция проектирования процессоров, которая характеризуется следующим набором свойств:

• нефиксированное значение длины команды;

• арифметические действия кодируются в одной команде (прочитать из памяти-вычислить-записать в память);

• небольшое число регистров, каждый из которых выполняет строго определённую функцию.

Недостатки CISC архитектуры:

• высокая стоимость аппаратной части;

• сложности с распараллеливанием вычислений.

Типичными представителями являются процессоры на основе x86-команд (исключая современные Intel Pentium 4, Core, AMD Athlon, Phenom, которые являются гибридными).

Наиболее распространённая архитектура современных настольных, серверных и мобильных процессоров построена по архитектуре Intel x86 (или х86-64 в случае 64-разрядных процессоров). Формально все х86-процессоры являлись CISC-процессорами, однако новые процессоры являются CISC-процессорами с RISC-ядром. Они непосредственно перед исполнением преобразуют CISC-инструкции процессоров в более простой набор внутренних инструкций RISC. Исполнение команд происходит на конвейере одновременно по несколько штук. В итоге такой подход позволил поднять производительность CPU.