RISC (reduced instruction set computer)

Akronim yang RISC (diucapkan sebagai risiko), dikurangi instruksi untuk mengatur komputer, merupakan CPU desain strategi yang menekankan wawasan yang disederhanakan petunjuk bahwa "tidak kurang" mungkin untuk tetap memberikan performa yang lebih tinggi jika kesederhanaan ini dapat dimanfaatkan untuk membuat petunjuk jalankan sangat cepat. Banyak proposal untuk "tepat" definisi telah berusaha, dan istilah yang sedang perlahan-lahan diganti dengan yang lebih deskriptif beban-toko arsitektur. Terkenal termasuk keluarga RISC Alpha, ARC, ARM, AVR, MIPS, PA-RISC, PIC, Power Arsitektur (termasuk PowerPC), SuperH, dan SPARC.

Sebagai sebuah ide lama, beberapa aspek terkait dengan RISC pertama-desain yang diberi label (sekitar 1975) termasuk pengamatan bahwa memori dibatasi Kompiler yang sering kali tidak dapat memanfaatkan fitur yang ditujukan untuk memfasilitasi coding, dan kompleks yang menangani inherently mengambil banyak untuk melakukan putaran.Ia berpendapat bahwa fungsi akan lebih baik dilakukan oleh sequence dari petunjuk sederhana, jika hal ini dapat menghasilkan implementasi sederhana cukup untuk menanggulangi sangat tinggi frekuensi, dan cukup kecil untuk meninggalkan ruang bagi banyak register, factoring out lambat akses memory. Seragam, tetap dengan panjang instruksi arithmetics dibatasi untuk register yang dipilih untuk memudahkan pipelining instruksi sederhana ini di desain, dengan beban-toko khusus petunjuk mengakses memori.

Non-RISC filosofi desain

Pada awal hari dari industri komputer, pemrograman dilakukan dalam bahasa assembly atau kode mesin, yang didorong kuat dan mudah digunakan petunjuk. CPU designers therefore tried to make instructions that would do as much work as possible. CPU desainer itu mencoba untuk membuat instruksi yang akan melakukan kerja sebanyak mungkin. Dengan datangnya dari tingkat tinggi bahasa, komputer arsitek juga mulai membuat instruksi khusus langsung ke pusat menerapkan mekanisme tertentu seperti bahasa. Umum tujuan lain adalah untuk memberikan segala menangani modus untuk setiap instruksi, yang dikenal sebagai orthogonality, untuk memudahkan pelaksanaan kompilator. Operasi aritmatika dapat itu sering ada hasil maupun dalam memori langsung operands (selain mendaftar atau langsung).

Sikap yang pada saat itu adalah desain hardware yang lebih matang dari desain kompiler ini sehingga dengan sendirinya juga adalah alasan untuk melaksanakan fungsi bagian dalam hardware dan / atau microcode daripada dalam memori terpaksa kompilator (atau kode) sendiri. Rancangan ini menjadi filosofi retroactively diistilahkan Complex Instruction Set Computer (CISC) setelah RISC filosofi datang ke tempat.

CPU juga telah mendaftar relatif sedikit, karena beberapa alasan:

• Lagi register juga menunjukkan lebih memakan waktu menyimpan dan memulihkan yang mendaftar pada mesin stack. Banyaknya jumlah register memerlukan sejumlah besar instruksi specifiers mendaftar sebagai bit, yang berarti kurang padat kode (lihat di bawah).
• CPU register yang lebih mahal daripada memori eksternal lokasi; besar telah mendaftar set bagong terbatas dengan papan sirkuit atau chip integrasi.

Penting memaksa mendorong kompleksitas sangat terbatas memori utama (di urutan kilobyte). Karena itu berguna untuk kerapatan informasi yang diselenggarakan di komputer program yang akan tinggi, yang mengarah ke fitur seperti sangat encoded, variabel panjang petunjuk, melakukan loading data serta perhitungan (seperti yang disebutkan di atas). Isu ini yang lebih tinggi dibandingkan dengan prioritas kemudahan decoding seperti petunjuk.

Yang sama pentingnya adalah alasan utama kenangan yang cukup lambat (yang umum adalah jenis ferrite core memori); padat dengan menggunakan kemasan informasi, kita dapat mengurangi frekuensi CPU yang memiliki akses ke sumber daya ini lambat. Modern komputer wajah serupa sehingga faktor utama adalah kenangan lambat dibandingkan dengan CPU dan cache memori yang cepat yang digunakan untuk mengatasi ini adalah bukan terbatas besarnya.Ini dapat menjelaskan mengapa sebagian sangat encoded telah membuktikan set instruksi yang akan berguna sebagai sebagai RISC desain modern komputer.

Filosofi desain RISC

Pada pertengahan tahun 1970-an peneliti (terutama John Cocke) di IBM (dan proyek-proyek serupa di tempat lain) menunjukkan bahwa mayoritas kombinasi ini ortogonal menangani mode dan petunjuk yang tidak digunakan oleh sebagian besar program-program yang dihasilkan oleh kompiler yang tersedia pada saat itu. Itu dibuktikan dalam banyak kasus sulit untuk menulis lebih dari compiler dengan kemampuan terbatas untuk memanfaatkan fitur-fitur yang disediakan oleh CPU konvensional.

Ia juga menemukan bahwa, pada microcoded implementasi arsitektur tertentu, kompleks operasi cenderung lebih lambat dari yang sederhana urutan operasi melakukan hal yang sama. Ini adalah sebagian efek pada kenyataan bahwa banyak desain yang rushed, dengan sedikit waktu untuk mengoptimalkan setiap instruksi atau tune, namun hanya mereka yang paling sering digunakan. Salah satu contoh adalah hina VAX 's INDEX instruksi, yang berjalan lambat dari yang setara dengan pelaksanaan operasi sederhana.

Seperti yang disebutkan di tempat lain, inti memori sudah sejak lama telah lama daripada banyak CPU desain. The advent dari memori semikonduktor perbedaan ini berkurang, tetapi masih lebih nyata yang mendaftar (dan kemudian cache) akan memungkinkan operasi frekuensi CPU yang lebih tinggi. Mendaftar akan memerlukan tambahan besar keping papan atau daerah yang pada saat itu (1975), dapat dilakukan jika tersedia kerumitan logika CPU dikurangi.

Namun lain dorongan dari kedua RISC dan desain lainnya berasal dari pengukuran praktis di dunia nyata program. Andrew Tanenbaum ikut banyak ini, menunjukkan bahwa prosesor yang terlalu besar sering immediates. FSebagai contoh, ia menunjukkan bahwa 98% dari semua konstan dalam sebuah program akan masuk dalam 13 bit, namun banyak CPU desain khusus 16 atau 32 bit untuk menyimpan mereka. T Hal ini menunjukkan bahwa, untuk mengurangi jumlah memori akses, tetap dapat menyimpan panjang mesin konstan di unused bit instruksi dari kata itu sendiri, sehingga mereka akan segera siap ketika CPU kebutuhan mereka (seperti banyak menangani langsung dalam desain konvensional) .Diperlukan kecil opcodes untuk meninggalkan ruang yang cukup untuk ukuran konstan di instruksi 32-bit kata.

Karena banyak program yang nyata-dunia menghabiskan sebagian besar waktu mereka melaksanakan operasi sederhana, beberapa peneliti memutuskan untuk fokus pada mereka yang melakukan operasi secepat mungkin.
clock menilai dari CPU dibatasi oleh waktu yang diperlukan untuk menjalankan operasi sub-lambat dari setiap instruksi; penurunan siklus waktu yang sering accelerates pelaksanaan petunjuk lainnya. Fokus pada "dikurangi petunjuk" yang menyebabkan dihasilkan mesin yang disebut "mengurangi instruksi set komputer" (RISC). Tujuannya adalah untuk membuat instruksi yang sederhana sehingga mereka dapat dengan mudah dapat pipelined, untuk mencapai satu jam throughput pada frekuensi tinggi.

Kemudian ia dicatat bahwa salah satu yang paling signifikan karakteristik prosesor RISC adalah eksternal memori hanya dapat diakses oleh beban atau menyimpan instruksi. Disederhanakan ini banyak aspek desain prosesor: memungkinkan untuk menjadi petunjuk tetap-panjang, menyederhanakan Pipelines, isolating dan logika untuk berhadapan dengan keterlambatan menyelesaikan memori akses (cache miss, dll) hanya dua petunjuk. Hal ini menyebabkan RISC desain yang disebut sebagai beban arsitektur.

Typical karakteristik RISC

Untuk setiap tingkat kinerja umum, sebuah chip RISC biasanya akan jauh lebih sedikit Transistor didedikasikan untuk inti logika yang awalnya diizinkan desainer untuk meningkatkan ukuran register menetapkan dan meningkatkan internal parallelism.

Fitur-fitur lainnya, yang biasanya ditemukan di arsitektur RISC adalah:

* Seragam instruksi format, dengan menggunakan satu kata dengan opcode bit dalam posisi yang sama dalam setiap instruksi, menuntut kurang decoding;
* Identik register tujuan umum, memungkinkan setiap mendaftar untuk digunakan dalam konteks apapun, menyederhanakan kompiler desain (walaupun biasanya terdapat terpisah floating point register);
* Menangani kompleks dilakukan melalui urutan dari aritmatika dan / atau toko-beban operasional;
* Beberapa jenis data dalam perangkat keras, ada beberapa CISCs byte string petunjuk, atau dukungan kompleks nomor; ini adalah sampai saat ini tidak mungkin ditemukan di RISC.


Desain RISC juga lebih mungkin untuk memiliki sebuah model Harvard memori, dimana instruksi dan data aliran sungai yang konseptual dipisahkan; ini berarti memodifikasi memori kode diadakan mungkin tidak mempunyai efek pada instruksi yang dijalankan oleh prosesor (karena CPU telah terpisah instruksi dan data cache), setidaknya sampai khusus sinkronisasi instruksi dikeluarkan.Pada terbalik, kedua cache ini memungkinkan untuk dapat diakses secara bersamaan, yang dapat meningkatkan kinerja.

Cabang penundaan slot ruang merupakan instruksi langsung mengikuti melompat atau cabang. Instruksi di dalam ruang ini dijalankan, apakah cabang diambil (dengan kata lain efek dari cabang yang tertunda). Instruksi ini menyimpan upacara ucapan alu dari CPU sibuk untuk tambahan biasanya diperlukan waktu untuk melakukan cabang. Saat ini cabang penundaan slot dianggap efek samping yang kurang dari strategi khusus untuk menerapkan beberapa desain RISC, modern dan desain RISC umumnya membunuh dengan (seperti PowerPC, versi yang lebih baru SPARC, dan MIPS).

Early RISC

Pertama sistem yang sekarang dikenal sebagai RISC adalah CDC 6600 supercomputer, yang dirancang pada tahun 1964, satu dekade sebelum istilah itu invented. CDC 6600 yang mempunyai beban-toko dengan arsitektur hanya dua menangani mode (pendaftaran + mendaftar, dan langsung mendaftar + konstan) dan 74 opcodes (sedangkan yang Intel 8086 memiliki 400). 6600 yang telah sebelas pipelined berfungsi untuk unit aritmatika dan logika, plus beban lima unit dan dua unit toko; memori telah beberapa bank sehingga semua beban-toko unit dapat beroperasi pada saat yang sama. Dasar siklus clock / instruksi menilai isu itu 10 kali lebih cepat daripada memori akses waktu. Jim Thornton dan Seymour Cray dirancang sebagai nomor-crunching CPU didukung oleh 10 komputer sederhana bernama "pinggiran prosesor" untuk menangani I / O dan fungsi sistem operasi lainnya. [9] Dengan demikian joking komentar nanti bahwa akronim RISC sebenarnya untuk berdiri " R eally saya nvented oleh eymour C ray ". Awal yang mencoba untuk membuat sebuah chip berbasis RISC CPU merupakan proyek di IBM yang dimulai pada 1975. Nama gedung dimana proyek berjalan, pekerjaan dipimpin ke IBM 801 CPU keluarga yang telah digunakan secara luas di hardware IBM. 801 yang telah dihasilkan pada akhirnya satu keping sebagai bentuk bergelut pada tahun 1981, yang berdiri untuk 'Penelitian OPD [Kantor Divisi Produk] Micro Processor'.Seperti namanya, CPU ini dirancang untuk "mini" tugas, dan ketika dirilis pada IBM-PC IBM RT berdasarkan desain pada tahun 1986, kinerja yang tidak dapat diterima.Namun 801 terinspirasi beberapa proyek penelitian, termasuk yang baru di IBM yang akhirnya mengakibatkan mereka POWER sistem.

Yang paling umum RISC desain, bagaimanapun, adalah hasil riset universitas menjalankan program dengan dana dari DARPA VLSI Program. Program yang VLSI, praktis tidak diketahui hari ini, menyebabkan banyak kemajuan dalam jumlah chip desain, akal, dan bahkan komputer grafis.

Perhiasan yg berkelip-kelip, berdasarkan mendapatkan kinerja melalui penggunaan pipelining yang agresif dan menggunakan teknik yang dikenal sebagai windowing mendaftar. Biasa dalam satu CPU memiliki beberapa register, dan sebuah program dapat menggunakan salah mendaftar kapan saja. Dalam sebuah CPU dengan mendaftarkan jendela, ada yang mencatat jumlah besar, misalnya 128, tetapi hanya dapat menggunakan program kecil jumlah mereka, misalnya 8, setiap satu waktu. Sebuah program yang membatasi diri ke register 8 per prosedur sangat cepat dapat membuat panggilan prosedur: The panggilan hanya bergerak jendela "bawah" oleh 8, ke set register 8 prosedur yang digunakan oleh, dan kembali bergerak jendela belakang.(Pada biasa CPU, paling panggilan harus menyimpan setidaknya beberapa register 'nilai ke stack untuk menggunakan mereka mendaftar sebagai ruang kerja, dan memulihkan kembali pada nilai-nilai mereka.)

Hanya terdiri dari 44.420 Transistor (dibandingkan dengan rata-rata sekitar 100.000 dalam desain baru CISC dari era) RISC-32 saya hanya petunjuk, dan lain-benar melebihi performa satu keping desain. Mereka ini diikuti dengan 40.760 transistor, 39 instruksi RISC-II pada 1983, yang berjalan selama tiga kali secepat-RISC saya.

Sekitar waktu yang sama, John L. Hennessy memulai proyek serupa yang disebut MIPS di Universitas Stanford pada tahun 1981. MIPS hampir sepenuhnya berfokus pada pipa, sehingga ia yakin dapat dijalankan sebagai "penuh" mungkin. Pipelining walaupun telah digunakan dalam desain lainnya, beberapa fitur dari MIPS chip dibuat pipa yang jauh lebih cepat. Yang paling penting, dan mungkin annoying, dari fitur ini adalah permintaan agar semua petunjuk bisa selesai dalam satu siklus. Permintaan ini memungkinkan pipa yang akan dijalankan pada data harga lebih tinggi (tidak perlu dipaksa untuk penundaan) dan bertanggung jawab untuk banyak prosesor kinerja. Namun, ia juga memiliki efek samping negatif yang berpotensi menghilangkan banyak berguna petunjuk, seperti mengalikan atau membagi.

Pada awal tahun, RISC upaya yang terkenal, tetapi sebagian besar kepada universitas laboratorium yang telah menciptakan mereka. Berkeley usaha yang menjadi begitu terkenal yang akhirnya menjadi nama untuk seluruh konsep.Banyak di industri komputer dikritik bahwa kinerja manfaat yang tidak mungkin untuk menterjemahkan ke dalam dunia nyata-pengaturan disebabkan penurunan memori efisiensi beberapa petunjuk, dan yang merupakan alasan yang tidak ada seorangpun yang telah menggunakan mereka. But starting in 1986, all of the RISC research projects started delivering products. Tetapi mulai tahun 1986, seluruh proyek-proyek penelitian RISC dimulai pengiriman produk.


Kemudian RISC

Berkeley penelitian tidak langsung commercialized, tetapi RISC-II desain yang digunakan oleh Sun Microsystems untuk mengembangkan SPARC, oleh Pyramid Teknologi untuk mengembangkan lini kisaran multi-prosesor komputer, dan hampir setiap perusahaan beberapa tahun kemudian. Ia Sun yang menggunakan chip RISC di mesin yang baru menunjukkan bahwa RISC dari manfaat yang nyata, dan mesin cepat outpaced dasarnya kompetisi dan mengambil alih seluruh workstation pasar.

John hennessy Stanford kiri (sementara) untuk mengkomersilkan yang MIPS desain, mulai dikenal sebagai perusahaan MIPS Computer Systems. Desain pertama mereka adalah generasi kedua MIPS chip dikenal sebagai R2000. MIPS pergi pada desain menjadi salah satu yang paling digunakan RISC chips bila mereka termasuk dalam PlayStation dan Nintendo 64 game konsol. Hari ini mereka adalah salah satu yang paling umum tertanam prosesor yang digunakan untuk aplikasi high-end.

IBM belajar dari kegagalan RT-PC dan pergi untuk merancang RS/6000 berdasarkan POWER arsitektur baru. Mereka kemudian dipindahkan mereka ada AS/400 sistem untuk POWER keripik, dan menemukan banyak kejutan yang bahkan mereka yang sangat kompleks instruksi menetapkan berlari sangat cepat. POWER akan menemukan sendiri juga bergerak "bawah" dalam skala untuk menghasilkan PowerPC desain, banyak yang dihilangkan dari "IBM hanya" petunjuk dan membuat satu keping pelaksanaan. Hari ini PowerPC adalah salah satu yang paling umum digunakan CPU untuk aplikasi otomotif (beberapa mobil memiliki lebih dari 10 dari mereka di dalam). (Mulai bulan Februari 2006, Apple aktif utama mereka untuk produksi Intel x86 prosesor.)

Hampir semua vendor lainnya segera bergabung. Dari Inggris upaya penelitian serupa mengakibatkan INMOS transputer, maka The Oak Archimedes dan Advanced RISC Machine baris, yang merupakan sukses besar hari ini.Perusahaan yang sudah ada dengan desain CISC juga cepat bergabung dengan revolusi. Intel dirilis dengan i860 dan i960 oleh akhir 1980-an, meskipun mereka tidak terlalu berhasil. Motorola membangun sebuah desain baru yang disebut 88000 dalam kehormatan kepada mereka termasyhur CISC 68000, tetapi melihat hampir tidak ada dan mereka akhirnya diabaikan dan bergabung dengan IBM untuk menghasilkan PowerPC. AMD merilis mereka 29.000 yang akan pergi untuk menjadi yang paling populer RISC desain awal tahun 1990-an.

Hari ini kebanyakan semua 32-bit CPU digunakan adalah RISC CPU, dan microcontrollers. RRISC desain teknik menawarkan daya bahkan dalam ukuran kecil, dan dengan itu telah menjadi dominan untuk low-power CPU 32-bit. Embedded sistem jauh pasar terbesar untuk prosesor: Mei sementara keluarga sendiri satu atau dua komputer, mobil mereka, ponsel, dan perangkat lain yang mungkin berisi jumlah total puluhan tertanam prosesor. RISC juga telah diambil alih sepenuhnya untuk pasar yang lebih besar untuk workstation banyak 90s (sampai diambil kembali oleh murah PC berbasis solusi). Setelah rilis Sun SPARCstation lain rushed vendor untuk bersaing dengan solusi berbasis RISC sendiri. TDi pasar server high-end hari ini hampir sepenuhnya berbasis RISC [kutipan diperlukan], dan # 1 spot antara supercomputers pada 2008 [update] diselenggarakan oleh IBM 's Roadrunner sistem yang menggunakan Power Arsitektur berbasis prosesor Cell memberikan sebagian besar dari daya komputasi, walaupun banyak lainnya supercomputers menggunakan x86 CISC prosesor instead.

Kisah sukses RISC

Desain RISC menyebabkan sejumlah platform dan arsitektur berhasil, beberapa yang lebih besar:

ARM - arsitektur ARM mendominasi pasar untuk kinerja tinggi, rendah daya, biaya rendah embedded system (biasanya 100-500 MHz pada 2008). ARM Ltd., which licenses intellectual property rather than manufacturing chips, reported that 10 billion licensed chips had been shipped as of early 2008. ARM Ltd, yang lisensi kekayaan intelektual daripada manufaktur chip, melaporkan bahwa 10 miliar berlisensi keripik telah dikirimkan pada awal 2008. Berbagai generasi, varian dan implementasi dari ARM inti yang digunakan di lebih dari 90% dari ponsel elektronika perangkat, termasuk hampir semua ponsel modern, mp3 player dan video player portabel. Beberapa contoh adalah tinggi profil

• Apple iPods (custom ARM7TDMI SoC)
• Apple iPhone (Samsung ARM1176JZF )
• Palm and PocketPC PDAs and smartphones (Marvell XScale family, Samsung SC32442 - ARM9)
• RIM Blackberry smartphone/email devices.
• Nintendo Game Boy Advance (ARM7TDMI)
• Nintendo DS (ARM7TDMI, ARM946E-S)
• Sony Network Walkman (Sony in-house ARM based chip)
  
• T-Mobile G1 (HTC Dream Android, Qualcomm MSM7201A ARM11 @ 528MHz)

• MIPS dari MIPS line, kebanyakan ditemukan di SGI komputer dan PlayStation, PlayStation 2, Nintendo 64 (dihentikan), PlayStation Portable konsol game, dan pemukiman gateways seperti Linksys WRT54G seri.

• IBM dan dari Freescale (formerly Motorola SPS) Power Arsitektur, digunakan di seluruh dari IBM supercomputers, midrange server dan workstation, di Apple's PowerPC berbasis Macintosh komputer (dihentikan), di Nintendo 's gamecube dan Wii, Microsoft' s Xbox 360Sony ' s PlayStation 3 game konsol, EMC 's DMX jangkauan dari Symmetrix SAN, dan tertanam dalam berbagai aplikasi seperti printer dan mobil. dan Sun 's SPARC line,ditemukan di sebagian besar mereka kemudian mesin

• Hewlett-Packard's PA-RISC, yang juga dikenal sebagai HP-PA, dihentikan 31 Desember 2008.

• Alpha, yang digunakan dalam satu-board komputer, workstation, server dan supercomputers dari Digital Equipment Corporation, Compaq dan HP, dihentikan pada 2007.

• XAP prosesor yang digunakan dalam banyak rendah daya nirkabel (Bluetooth, wifi) keripik dari CSR.

• Hitachi 's SuperH, pada awalnya menggunakan lebar di Sega 32X Super, Saturn dan Dreamcast, yang kini di jantung banyak perangkat elektronik konsumen. SuperH yang merupakan dasar untuk platform Mitsubishi - Hitachi bersama semikonduktor grup.Dua kelompok bergabung pada tahun 2002, menurun Mitsubishi sendiri arsitektur RISC, yang M32R.

• Atmel AVR digunakan dalam berbagai macam produk mulai dari termasuk Xbox genggam pengendali untuk mobil BMW.

Sumber: Klik disini