Reduced Instruction Set Computer
Reduced Instruction Set Computing (RISC), zu deutsch Rechnen mit reduziertem Befehlssatz, ist eine bestimmte Designphilosophie für Prozessoren, ein RISC Prozessor ist ein Prozessor mit reduziertem Befehlssatz.
Ein RISC-Befehlssatz verzichtet zugunsten einer hohen Ausführungsgeschwindigkeit und eines niedrigeren Decodierungsaufwands auf Seiten der CPU, konsequent auf komplexe Befehle, wodurch die Ausführung schneller als bei einem CISC-Befehlssatz ist.
Konsequenzen des RISC-Befehlssatzes
Dies bedeutet, dass jeder einzelne Befehl nur (relativ) einfache Operationen ausführt. Durch diese Reduzierung ist die Ausführung der Einzelbefehle einfacher möglich, was letztlich zu schnelleren Prozessoren führt. Der reduzierte Befehlssatz ist jedoch nicht die Ursache, sondern die Konsequenz des RISC-Designs.
Die Befehle, die der Prozessor ausführen kann, sind bei RISC-Prozessoren fest verdrahtet, d.h. jede Operation wird durch tatsächliche Leiterbahnen auf dem Prozessor repräsentiert. Der Befehlssatz von CISC-Prozessoren liegt hingegen meist mikroprogrammiert vor, d.h. die "Bibliothek" der Befehle ist auf einem Chip gespeichert.
Geschichte
Die ersten Microprozessoren waren alle als RISC ausgeführt. Da aber in den Anfangstagen Speicher sehr teuer war, ging man dazu über, möglichst viel Logik in der CPU unterzubringen, und erreichte dies durch CISC-Prozessoren und Mikroprogrammierung. Erst zur Mitte der Achtziger Jahre hin, als man die Grenzen des CISC-Designs langsam erkannte und höhere Integrationsdichten technisch machbar waren, kehrte man langsam wieder zum RISC-Design zurück. Zu diesem Zeitpunkt wurde auch der Begriff RISC geprägt, um sich von den mikroprogrammierten CPU abheben zu können.
Daher werden diese Techniken oft ebenfalls als typische RISC-Eigenschaften geführt, obwohl sie mit der ursprünglichen Definition, dem eingeschränkten Befehlssatz, nichts zu tun haben.
Eigenschaften
RISC-Prozessoren haben folgende Eigenschaften:
Nur die Befehle LOAD und STORE greifen auf den Speicher zu, die restlichen Befehle arbeiten auf Registeroperanden. Es gibt keine Adressarithmetik auf CPU-Basis.
Großer Registersatz
Dadurch, dass ein Speicherzugriff immer einen expliziten Befehl benötigt, erhöht ein großer Registersatz, d.h. viele allgemeine Register (general purpose register), die Effizienz, da Zwischenergebnisse dann lokal vorgehalten werden können. Auch kann sich bei Rechenoperationen das Zielregister von den Quellregistern unterscheiden.
Ein-Zyklus-Befehle und Pipelining
RISC-CPUs sind so ausgelegt, dass sie pro Takt (in der Regel) einen Befehl verarbeiten. Dies wird unter anderem durch Pipelining erreicht. Abweichungen gibt es nur bei LOAD,STORE und Verzweigungsbefehlen.
Regelmäßiger Befehlssatz
Wie der Name schon sagt stellen RISC CPUs nur wenige Befehle zur Verfügung. Diese Befehle sind zudem alle (in der Regel) gleich breit, während z.B. die Befehle von X86-Prozessoren (CISC) zwischen einem und 15 Bytes breit sind. Außerdem gibt es nur wenige Befehlsformate, d.h. bei vielen Befehlen ist die Lage von Opcode, Operanden und Immediates gleich.
Vergleich zu CISC
RISC-Prozessoren werden auf der Liste der SPEC (Standard Performance Evaluation Corporation) mit den schnellsten Prozessoren weit oben angeführt. Sie werden u.a. von IBM (IBM POWER und PowerPC-Prozessoren), Motorola (PowerPC-Prozessoren), Intel (StrongARM und XScale), MIPS Technologies (MIPS-Architektur), Hewlett-Packard (PA-RISC) und Sun Microsystems (SPARC) hergestellt.
RISC-Prozessoren bilden das Gegenstück zu CISC-Prozessoren. Heutige RISC-Prozessoren überschreiten die Grenzen der engen Definition und enthalten auch komplexere Befehle. So wurde der Befehlssatz des PowerPC-Prozessors, der von IBM und Motorola hergestellt wird, durch eine Befehlserweiterung namens "AltiVec" ergänzt, die in den PowerPC-Prozessoren spezielle Multimediafähigkeiten nachrüstet, und beispielsweise in den Computern von Apple Verwendung findet (vgl. MMX bei x86-Prozessoren).
Anfang der 1990er Jahre brachte die englische Firma Acorn den Heimcomputer Archimedes auf den Markt, der einen speziell für diese Anwendung konzipierten RISC-Prozessor einsetzte, dessen Leistungsfähigkeit die der damals in Heimcomputern eingesetzten Prozessoren weit in den Schatten stellte.