RISC

Kohteesta Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun

RISC (engl. Reduced Instruction Set Computer) on tietokoneiden suoritinarkkitehtuurien suunnittelufilosofia, jossa konekielen käskyt on pyritty pitämään yksinkertaisina ja nopeasti vakioajassa suoritettavina. Aiemmin suosittu lähestymistapa oli CISC, jossa pyritään tekemään käskykannasta mahdollisimman laaja ja monipuolinen ja sitä kautta tehokas.

RISC:stä tuli vallitseva suoritinarkkitehtuurien suunnittelufilosofia 1980-luvun puolivälistä alkaen. Valtaosa tämän jälkeen kehitetyistä uusista arkkitehtuureista on RISC-tyyppisiä, esimerkkeinä MIPS, ARM, SPARC, Alpha ja PowerPC. RISC-suorittimia käytetäänkin lähes kaikissa muissa uusissa tietoteknisissä laitteissa paitsi tavallisissa IBM PC -arkkitehtuuriin pohjautuvissa tietokoneissa, joiden suorittimet perustuvat edelleenkin 1970-luvulla kehitettyyn CISC-tyyppiseen x86-arkkitehtuuriin.

Applen Macintosh-tietokoneet siirtyivät Motorola 68000 -sarjan suorittimista RISC-tyyppisiin PowerPC-suorittimiin vuonna 1994 ja myöhemmin x86-suorittimiin vuonna 2006.

Osa uusimmista x86-suorittimista yrittää hyödyntää RISC-lähestymistavan etuja kääntämällä sisäisesti CISC-komentoja yksinkertaisempaan RISC-tyyliseen muotoon. Tällä tavoitellaan parempaa käskyjen jakautumista rinnakkain suoritettaviin palasiin ja sen kautta nopeampaa suoritusta. Nykyisin käskykannan luonne ei enää ole niin vahvasti sidoksissa suorittimen sisäiseen toimintaan kuin aiemmin, mikä on tehnyt tiukasta jaottelusta RISC- ja CISC-arkkitehtuureihin melko tarpeettoman.

RISC ja CISC arkkitehtuurien lisäksi on VLIW-lähestymistapa.

RISC-ajatteluun siirtyminen[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Tietokoneiden alkuaikoina kääntäjät eivät pystyneet tuottamaan kovin tehokasta konekoodia, joten ohjelmoijat käyttivät tehokkuussyistä paljon symbolista konekieltä. Lisäksi keskusmuistit olivat hyvin pieniä, joten muistin säästämiseksi yhdellä käskyllä piti saada aikaan mahdollisimman paljon asioita.

Aina 1970-luvulle asti tietokoneiden käskykantojen suunnittelussa otettiinkin erityisesti huomioon konekielitason ohjelmoijat ja ohjelmakoodin tiiviys. Valmiita käskyjä kehitettiin mitä erikoisimpiin tarkoituksiin, ja käskykanta toimikin esimerkiksi IBM S/360:ssa eräänlaisena standardikirjastona. Lisäksi assembly-ohjelmoijille tarjottiin runsas valikoima monipuolisia muistinkäsittelyn osoitusmuotoja. Tästä lähestymistavasta alettiin myöhemmin käyttää nimitystä CISC vastakohtana RISC-lähestymistavalle.

RISC-filosofian mukaisia koneita olivat periaatteessa jo eräät Seymour Crayn kehittämät supertietokoneet kuten 1960-luvun puolivälissä suunniteltu CDC-6600. Nykyisin tunnettu RISC-ajattelu sai kuitenkin alkunsa IBM:n tutkimuksista 1970-luvun loppupuolella, jolloin havaittiin, että monien tietokoneiden käskykannat olivat tarpeettoman laajoja eikä ohjelmissa käytetty hyväksi kuin pientä osaa nopeuttaviksi tarkoitetuista ominaisuuksista. Joitain konekäskyjä kääntäjät eivät pystyneet käyttämään lainkaan, jolloin niiden käyttö jäi erittäin vähäiseksi.

Myös tietokoneiden suoritusnopeuden kasvattamiseksi haettiin jatkuvasti uusia ratkaisuja, ja yksi mahdollisuus oli peräkkäisten käskyjen rinnakkainen suorittaminen ns. liukuhihnaperiaatteella. Monissa CISC-suorittimissa oli jonkinlaisia osittaisia liukuhihnaratkaisuja, mutta ne olivat ongelmallisia, koska CISC-käskyt vaihtelivat huomattavasti monimutkaisuudeltaan ja suoritusajaltaan. Syntyi tarve käskykannoille, joissa jokaisella käskyllä olisi samat yksinkertaiset suoritusvaiheet. Lisäksi pyrittiin välttämään tiedonsiirtoa muistiin ja muistista, mikä loi tarpeen perinteistä suuremmalle määrälle rekistereitä.

RISC-filosofiassa ajatellaan myös kääntäjäkeskeisemmin kuin CISC:n tapauksessa. Puhtaan assemblyn käyttö on vähentynyt jatkuvasti, ja assembly-ohjelmointia helpottavat ratkaisut (kuten monimutkaiset osoitusmuodot) kävivät aina vain tarpeettomammiksi. RISC-lyhennettä on myös leikkimielisesti avattu muotoon "Relegate Important Stuff to the Compiler", eli "jätä tärkeät asiat kääntäjälle".

RISC-tyyppisille koneille on siis tyypillistä suurehko määrä rekistereitä (32), tasamittaiset konekäskyt, jotka kestävät yhtä kauan, ja se, että vain erityiset load- ja store-käskyt siirtävät tietoa keskusmuistin ja suorittimen rekistereiden välillä. Niinpä load- ja store-käskyjä lukuun ottamatta käskyillä on tyypillisesti vain kaksi osoitusmuotoa: rekisteriosoitus ja välitön osoitusmuoto.

Teknisiä eroja[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Eräissä RISC-suorittimissa kuten MIPS ei ole komentoja pinon käsittelyyn, vaan toiminto jätetään ohjelmallisesti toteutettavaksi.[1] Samoin useat muut CISC-suorittimien toiminnot voidaan jakaa pienemmiksi operaatioiksi, joiden käyttö jää ohjelman vastuulle.

Katso myös[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. Understanding the Stack Viitattu 29.9.2017. (englanniksi)