RISC architektura

RISC označuje jednu z architektur procesorů. Zkratka pochází z anglického Reduced Instruction Set Computer, v překladu počítač s redukovanou instrukční sadou. Jejím protikladem jsou počítače s komplexní instrukční sadou(Complex Instruction Set Computers, CISC).

Důvody pro vznik architektury RISC

Během 70. let 20. století vědci (např. Seymour Cray) ukázali, že většina programů prováděných na tehdejších počítačích využívala pouze malou část (jen asi 30 %) ze všech dostupných strojových instrukcí procesoru. Bylo tomu tak proto, že tehdejší překladače nedokázaly efektivněji využít všech instrukcí.

Také složitý přístup do paměti zpomaloval provádění operací. Z toho vyplynulo, že složitější operace (mikrokód) efektivněji vykoná posloupnost jednodušších instrukcí, které lze provádět s vyšší frekvencí.

Ke konci 90. let, kdy se produkce procesorů CISC eskalovala k technickým parametrům, které se přiblížily svým výrobním limitům, bylo velmi obtížné dále zvyšovat jejich výkon při současném dodržení implementace kompletní instrukční sady. Implementace komplexnějších (a méně využívaných) CISCových instrukcí měla negativní vliv na technologii výroby a potažmo koncovou cenu procesoru, ale též spotřebu a spolehlivostí (uplatňovaly se různé přechodové jevy, rostl ztrátový výkon a další vlivy, které při menších frekvencích šlo zanedbat) nebo delikátností a náročností na provozní podmínky. Nejsložitější CISCOvé instrukcě pracující s porty či pamětí přitom (stejně jako jejich RISCový ekvivalent) trvaly více taktů. RISCové procesory s tím nejlepším návrhem oproti tomu mohly s výhodou využívat orthogonalitu, čímž dokázaly komplexní instrukční sady částečně kompenzovat. Oproti těm CISCovým však stály zlomek jejich ceny, byly spolehlivější a přitom použitelnější do drsnějších podmínek a měly menší spotřebu.

Historie

Jedním z prvních RISCových strojů byl Superpočítač CDC 6600 navržený v roce 1964. Jeho CPU měla 74 operačních kódů (tj. částí instrukcí), v porovnání se 400 u 8086.

V dnešní době je prakticky každý moderní procesor založen na architektuře RISC, přestože pro ně mnohdy neplatí její základní charakteristiky – instrukční sady jsou rozšířeny o speciální povely pro práci s multimédii (MMX, SSE, 3DNow!), a instrukce trvají různě dlouhou dobu. Na druhou stranu ale masivně využívají pipelining – instrukce jsou načítány až 31 kroků dopředu a průběžně distribuovány mezi výkonné jednotky. Výstupy jsou poté řazeny tak, aby byl zachován sled jejich postupného zpracování.

Shrnutí typických rysů procesorů architektury RISC

   * procesor komunikuje s pamětí po sběrnici,
   * redukovaná sada strojových instrukcí obsahuje hlavně jednoduché instrukce,
   * délka provádění jedné instrukce je vždy jeden cyklus (tj. délka v bitech všech instrukcí je stejná),
   * mikroinstrukce jsou hardwarově implementovány na procesoru, čímž je velmi výrazně zvýšena rychlost jejich provádění,
   * registry jsou pouze víceúčelové (nezáleží, který z nich instrukce využije, což zjednodušuje návrh překladačů),
   * využívají řetězení instrukcí (pipelining).

Zastoupení RISC procesorů

Mezi nejznámější výrobce procesorů RISC patří IBM (např. řada PowerPC), Intel (většina jeho procesorů je ale řazena mezi CISC, nebo označována jako tzv. „post-RISC“) a Sun Microsystems (např. řada Sparc). V 32bitových RISC procesorech zabírají 75% podíl procesory ARM.