Архитектуры CISC и RISC

Большое число сложных (интерпретируемых) команд различного формата (общее число команд может достигать нескольких сотен) обеспечивает на сравнительно дешевом оборудовании необходимую функциональность вычислительной системы, но никак не способствует повышению ее производительности. Вместе с тем, анализ кода программ, генерируемых компиляторами архитектуры CISC, позволил выделить относительно небольшое количество (порядка 50) практически используемых простых команд, которые способны обеспечить требуемую функциональность и могут быть реализованы как внутренние, т.е. выполняемые за один такт операционным автоматом и не требующие интерпретации. Это явилось отправной точкой возникновения (примерно с начала 80-х годов) и развития концепции (архитектуры) RISC (Reduced Instruction Set Computer - компьютер с сокращенным набором команд), основные принципы которой в идеале можно сформулировать следующим образом:

• все команды должны выполняться аппаратно операционным автоматом (должны быть внутренними);
• как можно большее число команд должно поступать в вычислительный тракт процессора в единицу времени, т.е. выполняться параллельно;
• в целях быстрого декодирования команды должны иметь однотипный формат с небольшим числом полей фиксированной длины;
• операции непосредственных вычислений над данными должны выполняться в формате команд типа «регистр, регистр Ζ регистр» и должны быть отделены от функций обмена информацией между регистрами и оперативной памятью (команды «регистр ΨΖ память»);
• для эффективного функционирования системы в ней должно быть предусмотрено достаточное количество регистров.

Основная идея RISC-технологии – повысить производительность вычислительной системы, выполняя пусть большее количество, но аппаратно реализуемых (внутренних) и параллельно обслуживаемых конвейером (конвейерами) вычислительного тракта команд. Эта идея лежит в основе архитектуры SPARC. В качестве RISC-ядра эта технология применена в микропроцессорах Intel шестого поколения (P6). Для этого потребовалось дополнительное аппаратное обеспечение превращения традиционных команд архитектуры в команды RISC-процессора. Кроме того, пришлось решать проблемы зависимости по данным, остро обозначившиеся из-за недостаточного количества регистров общего назначенияю. Все эти недостатки были учтены при разработке совместными усилиями компаний Intel и Hewlett Packard архитектуры IA-64, на особенностях которой мы остановимся позже.

CISC(сomplex 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;
• небольшое число регистров, каждый из которых выполняет строго определённую функцию.