RISC-архитектура предполагает реализацию в ЭВМ сокращенного набора простейших, но часто употребляемых команд, что позволяет упростить аппаратурные средства процессора и благодаря этому получить возможность повысить его быстродействие.
При использовании RISC-архитектуры выбор набора команд и структуры процессора (микропроцессора) направлены на то, чтобы команды набора выполнялись за один машинный цикл процессора. Выполнение более сложных, но редко встречающихся операций обеспечивают подпрограммы..
В ЭВМ с RISC машинным циклом называют время, в течение которого производится выборка двух операндов из регистров, выполнение операции в АЛУ и запоминание результата в регистре. Большинство команд в RISC являются быстрыми командами типа «регистр - регистр» и выполняются без обращений к ОП. Обращения к ОП сохраняются лишь в командах загрузки регистров из памяти и запоминания в ОП. Чтобы это было возможным, процессор должен содержать достаточно большое число общих регистров.
|
|
Благодаря характерным для RISC-архитектуры особенностям - сокращенному набору команд (обычно не более 50-100), небольшому числу (обычно 2-3) простых способов адресации (в основном регистровой), небольшому числу простых форматов команд с фиксированными размерами и функциональным назначением их полей - упрощается управляющее устройство процессора, который в этом случае обходится без микропрограммного уровня управления и управляющей памяти, и его УУ может быть выполнено на «схемной логике».
Уменьшение количества выполняемых команд и другие отмеченные выше особенности RISC-архитектуры приводят к столь значительному упрощению структуры процессора, что становится возможной его реализация на одном кристалле вместе с большим регистровым файлом и кэшем.
Большое число регистров, особенно при наличии обеспечивающего их эффективное использование «оптимизирующего компилятора», позволяет до предела сократить обращение к ОП путем сохранения нарегистрах промежуточных результатов, передачи через регистры операндов из одних программ в другие программы или подпрограммы, отказа от передач на сохранение в ОП содержимого регистров при прерываниях.
Особенностью RISC-архитектуры является механизм перекрывающихся регистровых окон, предназначенный для уменьшения числа обращений к ОП и межрегистровых передач, что способствует повышению производительности ЭВМ.
Процедурам динамически выделяются небольшие группы регистров фиксированной длины (регистровые окна). Окна последовательно выполняемых процедур перекрываются, благодаря чему возможна передача параметров от одной процедуры к другой При вызове процедуры процессор переключается на работу с другим регистровым окном, при этом не возникает необходимости в передаче содержимого регистров в память.
|
|
Окно состоит из трех подгрупп регистров (рис. 9.21). Первая подгруппа содержит параметры, переданные данной процедуре от ее вызвавшей, и результаты для вызывающей процедуры при возврате в нее. Вторая подгруппа содержит локальные переменные процедуры. Третья, являясь буфером для двустороннего обмена между данной и ею вызываемой следующей процедурами, передает последней параметры от данной, которая, в свою очередь, получает через этот буфер результаты от ею вызванной процедуры. Таким образом, одна и та же подгруппа для данной процедуры является регистрами временного хранения, а для следующей — регистрами параметров. Отдельное окно, доступное всем процедурам программы, выделяется для ее глобальных переменных.
В настоящее время за рубежом выпущен ряд микропроцессоров с RISC-архитектурой. Примером являются высокопроизводительные станции на базе микропроцессора Alpha 21264, микропроцессор для WindowsCE Intel StrongARM.
Несмотря на начавшееся использование RISC-архитектуры в выпускаемой промышленностью ЭВМ, продолжаются дискуссии вокруг достоинств и недостатков этой архитектуры. К последним, в частности, относят большую длину кода программы после компиляции по сравнению с длиной кода машин обычной архитектуры. Например, при эмуляции команд x86 в среднем на каждую его команду требуется пять-шесть команд машины с RISC-архитектурой. Однако, как показали исследования, выигрыш в скорости выполнения команд перекрывает проигрыш от удлинения объектного кода программы.
В 1989 фирме Intel удалось на основе RISC-архитектуры создать однокристальный микропроцессор 80860, который практически представляет собой кремниевый эквивалент суперЭВМ Gray-1.