Новосибирский государственный университет

Факультет информационных технологий

ICT SBRAS
А.М.Федотов

Словарь терминов в коллекции "Вычислительные системы"

RISC-архитектура

Синонимы: RISC-архитектура; Архитектура с сокращенным набором команд; RISC;

RISC (Restricted (Reduced) Instruction Set Computer - компьютер с сокращенным набором команд) - архитектура процессора, в которой быстродействие увеличивается за счет упрощения инструкций, чтобы их декодирование было более простым, а время выполнения - короче. В процессорах с RISC-архитектурой используется ограниченный набор быстрых команд. Каждая команда RISC-процессора должна выполняться за один машинный такт. Это облегчает повышение тактовой частоты и делает более эффективной суперскалярность (распараллеливание инструкций между несколькими исполнительными блоками). В таких микропроцессорах содержится меньшее количество транзисторов, что снижает их стоимость и энергопотребление. При этом, как правило, повышается их производительность. Архитектура RISC является основой современных высокопроизводительных ЭВМ.

Идея RISC-архитектуры была выдвинута в 1975 году Джоном Коком из IBM Research и впервые реализованна в 1980 году. Суть концепции RISC заключается в сведении набора команд ВМ к наиболее употребительным простейшим командам. Это позволяет упростить схемотехнику процессора и добиться резкого сокращения времени выполнения каждой из «простых» команд. Более сложные команды реализуются как подпрограммы, составленные из быстрых «простых» команд.
Архитектура RISC-процессоров характеризуется наличием команд фиксированной длины, большого количества регистров, операций типа регистр-регистр, а также отсутствием косвенной адресации.
Главные усилия в архитектуре RISC направлены на построение максимально эффективного конвейера команд, то есть такого, где все команды извлекаются из памяти и поступают в центральный процессор (ЦП) на обработку в виде равномерного потока, причем ни одна команда не должна находиться в состоянии ожидания, а ЦП должен оставаться загруженным на протяжении всего времени. Кроме того, идеальным будет вариант, когда любой этап цикла команды выполняется в течение одного тактового периода.
Для технологии RISC характерна сравнительно простая структура устройства управления. Площадь, выделяемая на кристалле микросхемы для его реализации, существенно меньше. Как следствие, появляется возможность разместить на кристалле большое число регистров ЦП. Кроме того, остается больше места для других узлов ЦП и для дополнительных устройств: кэш-памяти, блока арифметики с плавающей запятой, части основной памяти, блока управления памятью, портов ввода/вывода.
Унификация набора команд, ориентация на конвейерную обработку, унификация размера команд и длительности их выполнения, устранение периодов ожидания в конвейере - все эти факторы положительно сказываются на общем быстродействии.
Недостатки RISC прямо связаны с некоторыми преимуществами этой архитектуры. Принципиальный недостаток - сокращенное число команд: на выполнение ряда функций приходится тратить несколько команд вместо одной в CISC. Это удлиняет код программы, увеличивает загрузку памяти и трафик команд между памятью и ЦП. Исследования показали, что RISC-программа в среднем на 30% длиннее CISC-программы, реализующей те же функции.
Хотя большое число регистров дает существенные преимущества, само по себе оно усложняет схему декодирования номера регистра, тем самым увеличивается время доступа к регистрам.
Устройство управления с аппаратной логикой, реализованное в большинстве RISC-систем, менее гибко, более склонно к ошибкам, затрудняет поиск и исправление ошибок, уступает при выполнении сложных команд.

Ключевые термины, связанные с термином "RISC-архитектура":

  1. CISC-архитектура
  2. EPIC-архитектура
  3. VLIW-архитектура
  4. Симметричные мультипроцессорные системы

Литература

Основная:

  1. Цилькер Б.Я. Организация ЭВМ и систем : Учебник для вузов / Б.Я. Цилькер, С.А. Орлов. - 2-е изд. - СПб.: Питер, 2011. - 688 с. - ISBN 978-5-49807-862-5.

Ключевые термины (головные):  Процессор;   CISC-архитектура;   ЭВМ;


Контекстный поиск: Задайте образец для поиска:

|Головная| |Преподавание| | Современные проблемы информатики| |Информатика| |Ключевые термины| |Персоны|

Федотов Анатолий Михайлович
[SBRAS]
НГУ
ФИТ НГУ
ИВТ СО РАН
© 1998-2019, Новосибирский государственный университет, Новосибирск
© 1998-2019, Институт вычислительных технологий СО РАН, Новосибирск
© 1998-2019, Федотов А.М.
    Дата последней модификации: 03.12.2013