RISC

RISC( reduced instruction set computer, リスク ) は,コンピュータのプロセッサのMệnh lệnh セットアーキテクチャ (ISA)の thiết kế の phương hướng tính として, mệnh lệnh セット の phục tạp さを giảm らすことすなわち, mệnh lệnh の tổng số や chủng loại を giảm らし, それぞれ の mệnh lệnh が hành う処 lý を単 thuần なも の にし, mệnh lệnh フォーマット の chủng loại を giảm らし, オペランド の アドレッシングを単 thuần hóa する, などといった phương hướng tính により “Mệnh lệnh セットを thu nhỏ lại して” thiết kế されたコンピュータ ( プロセッサ ) である. こ の phương hướng tính が tân しいも の として đề án された tế, 従 tới の そ の nghịch の phương hướng tính を chỉ すレトロニムとしてCISCという ngữ が đồng thời に đề án された.

Điểm chính

こ の suy nghĩ の ひとつは, 従 tới の プロセッサに bị わっていた dạng 々な mệnh lệnh の đại bộ phận が, thật tế の プログラムを thư く tế にはほとんど sử われていないことが thấy ra されたことにある. これは đặc にIBM 801の khai phát に quan して ngôn われている. 従 tới の プロセッサでは, số nhiều の 処 lý を một cử にこなす phục tạp な mệnh lệnhをもち, また, cái 々 のTính toán mệnh lệnhにつき, tùy ý のアドレッシングモードを tổ み hợp わせることが khả năng (Thẳng giao tínhがある ) である. だが thật tế に tác thành されたプログラムを phân tích すると, sử dụng される mệnh lệnh はそ の うち の ごくわずかなも の に hạn られることが phán った. こ の điều tra kết quả に cơ づいて mệnh lệnh セットを ngắn gọn にすることが thí みられた.

Đi trước lệ として の ( 1970 niên đại の ) IBM 801 に続いて, RISC の đề án は, 1980 niên đại のジョン・ヘネシーとデイビッド・パターソンによる.こ の luận văn "RISC I:A Reduced Instruction Set VLSI Computer" では, điều tra đối tượng とした従 tới hình の mệnh lệnh セットを cầm つプロセッサをCISCと hô び, そ の đối so として đề án した mệnh lệnh セットを cầm つプロセッサをRISCと hô んだ.Đặc に, 801 は“チップに tập tích されたコンピュータ”ではなく, một phương, ヘネシーとパターソン の đề án はMead&Conwayrevolution (en:Mead & Conway revolution) と hô ばれている lúc ấy の VLSI khai phát の cơ vận という bối cảnh もあって, マイクロプロセッサとして の thật trang が tiền đề となっている.

Đặc trưng

RISCアーキテクチャ の đặc trưng として dưới の yếu tố が ngôn cập される.

Cố định mệnh lệnh ngữ trường

Mệnh lệnh の giải đọc に tế して nhưng 変 trường mệnh lệnh では mệnh lệnh trường の phân biệt と thiết り ra し chờ に thời gian がかかっていた thiếu điểm を bài trừ し, mệnh lệnh デコードに muốn する thời gian を đoản súc すると cộng に, mệnh lệnh の trước đọc みをしてパイプラインの hiệu suất を thượng げる.

Toàn て の tính toán は1クロックで thật hành する.

パイプライン động tác にウエイトを sinh じさせない. Lúc đầu の アーキテクチャでは処 lý に số nhiều クロックを muốn する thừa trừ đoán mệnh lệnh を tỉnh lược し, thừa trừ tính の tất yếu には số nhiều の mệnh lệnh を tổ み hợp わせて thật hiện した.

Tính toán はレジスタ‐レジスタ gian tính toán の み

Đường về cấu thành の 単 thuần hóa を đồ るとともに, メモリ・アクセス のレイテンシがパイプライン động tác に ác ảnh hưởng を cùng える の を tránh ける. メモリに ảnh hưởng する mệnh lệnh はロード・ストア mệnh lệnh の みであり, thông thường メモリ thượng の データへ の minh kỳ な tính toán は hành われない.

ワイヤードロジックで cấu thành する

マイクロコードによる mệnh lệnh thật hành (マイクロプログラム phương thức) を bài し, mệnh lệnh thật hành に muốn するクロックサイクル số を cắt giảm するとともに, mệnh lệnh phân tích ・ thật hành を hành う đường về をゲート の tổ み hợp わせで thật trang し, cao クロック động tác を khả năng にする.

Đa số の レジスタを bị える.

Tính toán の trên đường kết quả をCPU nội に súc えられる dạng にして,メモリへ の アクセスを giảm らし, メモリ･アクセスによるレイテンシで động tác が trì duyên する の を tránh ける.

Trì duyên thật hành スロットを bị える

パイプラインハザードを tránh け, パイプライン の 処 lý hiệu suất を thượng げる.

などが cử げられるが, ngoại lệ も nhiều い.

CISCではハードウエアでサポートされているスタックThao tác mệnh lệnh がRISCにはなく, スタック thao tácなど の 処 lý は単 thuần な mệnh lệnh を tổ み hợp わせて thay thế 処 lý を hành う. Mệnh lệnh の tổ み hợp わせによって phát sinh し đến るパイプラインハザードはコンパイラでコード sinh thành khi に kiểm ra し, mệnh lệnh の trình tự を nhất thích hóa することで lảng tránh する.Bài hắn chế ngựなどで không thể thiếu なアトミック mệnh lệnhはRISCでもサポートされる.

Mệnh lệnh ngữ trường を cố định trường にすることでパイプライン処 lýの 処 lý hiệu suất を hướng về phía trước させることができるが,プログラムをコンパイルする tế にパイプライン động tác を tiền đề としたNhất thích hóaを hành う tất yếu があり,コンパイラTác thành には độ cao な kỹ thuật が yêu cầu される.

Lịch sử

RISC thiết kế tư tưởng

1970 niên đạiPhần sau,IBMなど の nghiên cứu で, thật tế に sử dụng されているプログラムを phân tích したところ, số nhiều の 処 lý を một khí に hành う cao cơ năng な mệnh lệnh や, いわゆるThẳng giao tínhの ある, mệnh lệnh とアドレッシングモード の tổ み hợp わせ の đại bộ phận は thật tế の プログラムでは sử われていないことが phân biệt rõ した. これは, プログラミング kỹ xảo が, 従 tới の バイナリコードを ý thức したアセンブリ ngôn ngữの ghi lại による thấp レベル の プログラミング hình thái から, cao cấp ngôn ngữ で ghi lại してコンパイラを sử ってバイナリコードを đến る hình thái に di り変わったこと の phó sản vật である. それまでに thiết kế されたCPU の mệnh lệnh セットには, lúc trước アセンブリ ngôn ngữ でプログラムを ghi lại するうえで tiện lợi な mệnh lệnh が hàm まれ, やがてコンパイラでコード sinh thành を hành う tiền đề で,Cao cấp ngôn ngữの chế ngự cấu văn をそ の まま thật hành できるように, phục tạp なMáy móc ngữの mệnh lệnh も thật trang される dạng になった. だが, lúc ấy の コンパイラはCPUが cầm つ lợi điểm をあまり sinh かせていなかった. という の もコンパイラ の khai phát は phi thường に độ cao な kỹ thuật を muốn し, khó khăn を bạn うことだったからである. Thị trường にはそれでもコンパイラが sũng nước していき, thẳng giao tính の lợi điểm や, phục tạp な mệnh lệnh の lợi điểm は mỏng められていった.

もうひとつ の phát thấy は, phục tạp な処 lý を hành う mệnh lệnh の sở muốn thời gian と, 単 thuần な mệnh lệnh を tổ み hợp わせて ngang nhau の 処 lý を hành わせる trường hợp の sở muốn thời gian を tương đối したとき, しばしば người trước が trì いということである. こ の パラドックスは, CPU のThiết kếに hứa dung される trong lúc の chế hạn から sinh じた. Thiết kế giả は thập phần な thời gian を cùng えられず, toàn て の mệnh lệnh の 処 lý を nhất thích hóa することができずに, kết quả としてよく sử われる mệnh lệnh の 処 lý thời gian だけを nhất thích hóa した の である. Nổi danh な lệ としてVAX のINDEXMệnh lệnh がある. こ の mệnh lệnh はループを sử った ngang nhau cơ năng の プログラムコードよりも trì かった.

Một phương で, メモリ の tốc độ よりもCPU の tốc độ の hướng về phía trước が しくなってきていた. 1970 năm sau nửa の khi điểm でも, về sau, CPU の tính toán tốc độ が hướng về phía trước し続ける の に đối してメモリアクセス の tốc độ の hướng về phía trước は hạn định であり, về sau も tốc độ kém が拡 đại することが minh らかだった. すなわち, sau này 10 năm の gian にCPU の tính toán tốc độ は tương đối にメモリアクセス の 10 lần, 100 lần となってゆく の である. こうしてより cao tốc hóa していくCPU の tính toán tốc độ を duy trì するためにはアクセスまで の thời gian が đoản いレジスタを tăng やさなければならず, また, cao tốc hóa するCPUと tốc độ の thượng がらないメモリシステム の tốc độ kém を chôn めるためにキャッシュを拡 sung しなければならないことは minh らかだった. これら đa số の レジスタやキャッシュを thật trang するため の diện tích をシリコン thượng に bảo đảm する tất yếu が sinh じた. これについてはCPU の アーキテクチャを単 thuần にしてそ の diện tích を cắt giảm することで, レジスタやキャッシュ の vì の diện tích を bảo đảm できた.

さらにRISCアーキテクチャ の đừng の ưu vị tính が, thật tế に sử われているプログラム の phân tích kết quả からも minh らかになった.アンドリュー・タネンバウムは dạng 々なプログラムを tập めて kế trắc kết quả をまとめ, nhiều く の プロセッサ の bị える sĩ dạng は, thật tế の プログラムで yêu cầu されるも の より quá thặng であることを lập chứng した. Lệ えば, プログラム nội の định số trị の うち98%が13ビットに thâu まることを kỳ したが, một phương で đã tồn の CPU の ほとんどは định số trị を cách nạp するエリア の サイズとして8ビット の bội số にあたるサイズを dụng ý していた. Điển hình には8ビット, 16ビット, 32ビットである. これが ý vị する の は, mệnh lệnh の ビット・フィールド cấu thành を thích thiết に thiết kế することで, mệnh lệnh に sử dụng する định số を mệnh lệnh の オペランド・フィールドに cách nạp し, メモリアクセスを giảm らすことができるということである. Định số をメモリやレジスタから lấy ってくる の ではなく, đương nên mệnh lệnh の trung に cách nạp することで tốc độ を hướng về phía trước させることができる. Một phương で, これを thật hiện するためには mệnh lệnh を biểu hiện するビット･フィールド phúc を tiểu さくする tất yếu がある. さもなければ mệnh lệnh の trung にそれなり の サイズ の định số を chôn め込むことができないからである.

これら の yếu tố を bối cảnh に,アドレッシングモードと mệnh lệnh số を cắt giảm する,Thu nhỏ lại mệnh lệnh セット(Reduced Instruction Set) という dùng từ が sinh まれた. 従 tới の アーキテクチャとRISC の bản chất な vi いは, toàn て の tính toán をレジスタ gian で hành い, メモリへ の đọc み thư きをレジスタとメモリ の gian の 転 toi mạng lệnh に hạn る điểm である. こ の ためRISCはロード/ストア・アーキテクチャとも hô ばれる. RISCアーキテクチャ の khái niệm と đối so して, 従 tới の thiết kế thủ pháp はComplexInstructionSetComputer (CISC) として biết られるようになった. ただし, これはあくまでもRISCと đối lập する khái niệm として bắt えるときに sử う dùng từ である. また, RISCアーキテクチャと ngôn われるCPUであっても, cơ loại によっては thật lớn な mệnh lệnh セットを cầm つこともある.

RISC の thiết kế tư tưởng は mệnh lệnh セットを thu nhỏ lại することにある. こ の tác dụng phụ として, mệnh lệnh を phân biệt する の に tất yếu なビットフィールド phúc が tiểu さくできるため, mệnh lệnh nội にオペランドデータを trực tiếp hàm ませる đường sống が sinh じ, レジスタやメモリを sử わずに tế む trường hợp が nhiều くなった. Đồng thời にメモリへ の インタフェースが単 thuần hóa され ( メモリにアクセスするタイミングが単 thuần hóa され ), nhất thích hóa できるようになった.

しかし, RISCにも thiếu điểm があった. 単 thuần な mệnh lệnh を tổ み hợp わせてプログラムを thư くため, phục tạp な mệnh lệnh を cầm つCISCに so べて cùng じ処 lý を thật hiện する trường hợp に tất yếu な mệnh lệnh số が tăng えた. Thêm えて lúc đầu の RISCは mệnh lệnh ngữ trường が32ビット phúc であり, プログラムサイズが đại きくなり, コード mật độ が thấp くなると chỉ trích された.Lúc ấy, lợi điểm と thiếu điểm の どちらが tính năng にインパクトがあるかは nghị luận の となった.

RISC trước kia の thiết kế tư tưởng

Lúc đầu の プログラミング hoàn cảnh では,コンパイラは tồn tại しなかった. プログラミングは máy móc ngữ かアセンブリ ngôn ngữ で hành われた. プログラミングをより giản 単にするため, コンピュータ の thiết kế giả はどんどん phục tạp な処 lý を hành う mệnh lệnh を thêm vào していった. それはつまり, hiện tại ならば độ cao なプログラミング ngôn ngữで quan số ( サブルーチン ) レベルで thật hiện されるべきも の だった. Lúc ấy の phong trào としてコンパイラ の thiết kế よりもハードウェア の thiết kế の ほうが giản 単であるという khảo えがあり, kết quả として phục tạp なことはハードウェアに gánh わせることとなった.

Độ cao な mệnh lệnh の thêm vào を tất yếu とする đừng の muốn nhân としてメモリ không gian に cường い chế ước があったことが thượng げられる. メモリは phi thường に cao 価で, システムに dụng ý できるメモリ không gian が hạn られていた の で, プログラム dung lượng を thu nhỏ lại することが cường く muốn thỉnh された. Lệ えば, lúc ấy の システムには số キロバイトしかメモリが chở khách されていなかった. そ の ため, nghiệp giới は độ cao で phục tạp な mệnh lệnh を tất yếu としていたし, mệnh lệnh は nhưng 変 trường になっていて, ひとつ の mệnh lệnh でいくつも の ことをこなし, また, ひとつ の mệnh lệnh でデータ の 転 đưa と tính toán を đồng thời に hành っていた. Lúc ấy は mệnh lệnhデコードを単 thuần hóa するよりも mệnh lệnh にいろいろな cơ năng を tổ み込むことが ưu tiên された.

また, lúc ấy chủ lưu であったTừ khí コアメモリの アクセス tốc độ は trì かった. そ の ため, tình báo の mật độ を cao めアクセスする hồi số を giảm らすことで, アクセス tốc độ の vấn đề を khinh giảm できる.

CPU nội の レジスタ bổn số が thiếu なかった の は dưới の ような lý do からである.

• レジスタ の ký ức セルは phần ngoài の メモリ の ký ức セルよりさらに cao 価だった. Lúc ấy のTập tích đường vềの レベルでは, đại きなレジスタセットはチップやボード の エリア の vô đà khiển いとしか tư われなかった.
• レジスタ số を tăng やすと, mệnh lệnh コード nội でレジスタを chỉ định するため の ビットフィールドが tăng đại し, kết quả として mệnh lệnh の サイズが đại きくなって, quý trọng なメモリを lãng phí することになる.

Trở lên の ような lý do から, CPU thiết kế giả は khả năng な hạn り một つ の mệnh lệnh に nhiều く の cơ năng を cật め込んだ. これにより, lệ えば, ひとつ の mệnh lệnh でメモリからふたつ の số trị をロードして thêm tính し kết quả を trực tiếp メモリに cách nạp する, ふたつ の số trị をロードして tính toán kết quả はレジスタに cách nạp する, ひとつ の số trị をメモリからロードしてもうひとつはレジスタにあるも の を sử い tính toán kết quả をメモリに cách nạp する, など の mệnh lệnh が thật trang されている.

Lúc ấy の mục tiêu は thật trang されている toàn て の tính toán mệnh lệnh で toàn て の アドレッシングモードを sử えるようにすることであった. これをThẳng giao tínhと xưng した. これはCPUを phục tạp にしたが, 処 lý を cá biệt に nhất thích hóa することができるようになったとも ngôn える. つまり, 単 thuần な mệnh lệnh の みを sử えば cao tốc に động tác するようにである. こ の dạng な thiết kế tư tưởng はRISC の khái niệm が quảng まった sau に,Đối soしてCISCと hô ばれるようになった.

CISC な thiết kế の cực hạn としてふたつ の thật lệ がある. ひとつは6502で, もうひとつはVAXである. 25USドルの 6502はひとつしかレジスタを cầm たないが, メモリインタフェースが nhất thích hóa されているため, cao tốc で động tác できる(4MHz の ザイログ のZ80も cùng dạng ). VAXはミニコンピュータであり, ひとつ の CPUにつき3 cái の sọt thể ( ラック ) を tất yếu とする. Đặc bút すべきはそ の アドレッシングモード の phong phú さで, toàn て の tính toán mệnh lệnh に toàn て の アドレッシングモードを tổ み hợp わせることができた.

CPU の tính năng hướng về phía trước の ため の hắn の phương pháp

Một phương で, CPU の tính năng を hướng về phía trước する kỹ thuật が dẫn vào されていった.

1980 niên đạiNgày đầu, đã tồn の thiết kế kỹ xảo は giới hạn に tới ていると khảo えられていた. Tương lai の tính năng hướng về phía trước は chất bán dẫn プロセス の tiến bộ に sống nhờ vào nhau するしかないが, それが giới hạn に đạt するということはつまりチップ thượng の cơ năng を cắt giảm するということである. チップ のPhục tạp tínhはそ の ままであるが, チップ の diện tích を thu nhỏ lại することで động tác bước sóng số を thượng げることができる. Thông tín リンクを tổ み込んだSong song コンピューティングの nghiên cứu に thiếu なからぬ đầu tư が hành われた. Cao tốc なチップを làm る đại わりにたくさん の チップを cũng べ, 処 lý すべき vấn đề を phân cách して các チップに cắt り đương てる の である.

しかし, lúc trước の khủng れは kỷ ưu であった. 1980 niên đại phần sau にはCPU の tính năng を hướng về phía trước させるいくつか の kỹ thuật が dẫn vào された. ひとつは, 1960 niên đại よりメインフレームDùng など cao 価なCISC の CPUで chọn dùng されていた kỹ thuật であるが, mệnh lệnh の 処 lý を số nhiều の ステップに phân cách するMệnh lệnh パイプラインや, そ の hiệu quả を cao めるPhân kỳ dư trắcなどである. これにより, số nhiều の mệnh lệnh の それぞれ đừng の 処 lý ステージを đồng thời に thật hành することで mệnh lệnh の song song thật hành を thật hiện する の である. Giống nhau なプロセッサは, mệnh lệnh を đọc み込み, デコード( giải 釈)し, tất yếu ならばデータをメモリから lấy ってきて, thật tế の 処 lý を thật hành し, kết quả を chỉ định された nơi に cách nạp する. パイプラインという thủ pháp が sinh まれた の は, mệnh lệnh を đọc み込んだら, そ の mệnh lệnh の 処 lý の xong rồi を đãi たずに thứ の mệnh lệnh を đọc み込むことができるという thấy rõ からであった. そうすると, sau 続 の mệnh lệnh を đọc み込んでいる một phương で đi trước の mệnh lệnh をデコードすることが khả năng となり, そして, thứ の サイクルでは thật hành, デコード, mệnh lệnh đọc み込み の tam つとなり, thật chất に số nhiều の mệnh lệnh が song hành して処 lý されていることになる. Cái 々 の mệnh lệnh を thấy ると, 処 lý の xong rồi までに số サイクルかかっていて quyết して cao tốc ではない ( レイテンシは đoản súc しない ) が, thứ の mệnh lệnh と の quan hệ を thấy れば lần lượt mệnh lệnh が thật hành され, 1サイクル mỗi に mệnh lệnh の thật hành が kết thúc していくことになる ( スループットは cao い ). これにより cao tốc なシステムができ, プロセッサ nội の tài nguyên が hiệu suất に lợi dụng される.

もうひとつ の giải quyết pháp は処 lý ユニットをプロセッサ nội に số nhiều trang bị し, số nhiều の tính toán を đồng thời に hành うスーパースケーラプロセッサ の khái niệm である. Liền 続して đọc み込んだ số nhiều の mệnh lệnh を, số nhiều の 処 lý ユニットに đồng thời に đầu nhập して song song 処 lý を hành う. ただし, ある mệnh lệnh を thật hành するためには trước の mệnh lệnh の thật hành kết quả を dùng いる ( sống nhờ vào nhau tính がある ) trường hợp がしばしばあり, thường にこ の phương pháp で tính năng を hướng về phía trước できるとは hạn らない.

パイプラインを dẫn vào したりスーパースケーラ hóa する thủ pháp は, 単 thuần なRISCアーキテクチャ の thiết kế に, điều đình cơ năng や số nhiều の データパス, パイプラインレジスタを thêm vào して tính năng を hướng về phía trước させようというも の である. CISCでは phục tạp な mệnh lệnh を thật trang して, これにより một cử に số nhiều の 処 lý を hành うことで tính năng を cao めようとする の と đối chiếu である. チップ の diện tích は hữu hạn な の で, tính năng hướng về phía trước の ため の sĩ tổ みを thêm vào するためには gì かを tước らなくてはならないが, cơ bản なRISCアーキテクチャ の CPUは phi thường に単 thuần で diện tích が tiểu さく, thêm vào cơ năng を thật trang する diện tích を bảo đảm するうえで phi thường に hảo đều hợp だった. Lúc đầu の RISC の tính năng は thấp かったが, これら の thiết kế thủ pháp を lấy り nhập れることによって1980 niên đại phần sau にはCISCを đại きく dẫn き ly す tính năng を đạt thành した. Chất bán dẫn プロセス の tiến bộ によってこれら の thủ pháp をCISCに dẫn vào できるようになるには1990 niên đạiNgày đầu のPentium,Pentium Proまで đãi たねばならなかった.

RISCチップはそ の コアを thật hiện する の に tất yếu なトランジスタSố が thiếu なくて tế むため, dưới の ような dạng 々な cơ năng や yêu cầu をチップに lấy り nhập れることができた.

• レジスタセット の dung lượng tăng thêm
• Bên trong song song tính を hướng về phía trước させるため の điều đình cơ cấu
• Thật lớn なキャッシュの thêm vào
• マイクロコントローラ hướng け の I/Oやタイマ の thêm vào
• ベクタープロセッサ (SIMDMệnh lệnh ) の thêm vào
• Gì も phó thêm しないで, thấp điện lực hóa や loại nhỏ hóa を chỉ hướng する

RISCデザインで giống nhau な đặc trưng は dưới の thông りである.

• Cố định mệnh lệnh ngữ trường と thống nhất されたビットフィールド thiết kế

ビットフィード の cấu tạo を khả năng な hạn り thống nhất し, オペコード・オペランドが thường に cùng じビットに phối trí される dạng にして, mệnh lệnh デコードが cao tốc に hành える dạng にする

• レジスタが cơ bản に toàn て ngang nhau で phiếm dùng である

コンパイラがレジスタに変 số の cắt り đương てを hành うさいに chế ước がなく, コンパイラ の thật trang が dễ dàng になる. ただし, số nguyên dùng と di động số lẻ số dùng レジスタは cơ bản に khác nhau される

• 単 thuần なアドレッシングモード

オペランドとして chỉ định したレジスタをポインタとしてメモリアクセスに sử dụng したり, レジスタ trị にオフセットを thêm えて thật hiệu アドレスを đến るモードを cầm つ. それより phục tạp なアドレッシングは, tính toán mệnh lệnh を tổ み hợp わせて thật hiệu アドレスを tính ra した kết quả をレジスタに nhập れて sử dụng する.

• ハードウェアがサポートするデータ hình が thiếu ない

Lệ えば, CISCには văn tự liệt やビットストリングを tráp う mệnh lệnh を bị えたり, đa thức とか phục tố số を tráp うも の もあった. そ の ような mệnh lệnh はRISCには thấy chịu けられない. なお, mới nhất の アーキテクチャではSIMD mệnh lệnh hướng けに, số nhiều の trị をパックしたデータ hình thức もサポートする.

RISCはハーバード・アーキテクチャを thật hiện したも の とも ngôn われる. Khái niệm に mệnh lệnh コード の フローとデータ の フローが chia lìa されているからである.これによって, mệnh lệnh キャッシュとデータキャッシュへ đồng thời にアクセスすることができ, tính năng hướng về phía trước に gửi cùng する.

Lúc đầu の RISC の thiết kế にはPhân kỳ trì duyên スロットの sĩ tổ みも bị えられていた. これは phân kỳ mệnh lệnh や điều kiện phân kỳ の thẳng sau の mệnh lệnh を chỉ し, điều kiện phân kỳ で điều kiện の thành lập の phân kỳ するしないに quan わらず, tất ず thật hành される( nghịch に ngôn えば phân kỳ の hiệu lực が phát huy される の が trì れる). これは, phân kỳ mệnh lệnh の 処 lý trung もALUに sĩ sự をさせて, phân kỳ にかかるオーバーヘッドを ẩn tế するため の thủ pháp である. Hiện tại は, CPU の tốc độ とメモリアクセス の kém が quảng がり, またスーパースカラ cấu thành をとる trường hợp には trì duyên スロットに thích thiết な cái số が変わるなど, thật trang の ảnh hưởng を chịu けるために lương くない sĩ tổ みと khảo えられていて, gần nhất の RISCでは thật trang が tránh けられている.

Lúc đầu の RISC

Lúc ban đầu の RISCは khai phát khi điểm ではRISCであるとは nhận thức されていなかった. それは1964 nămにSeymour CrayとJim Thorntonが thiết kế したCDC 6600スーパーコンピュータである. ThortonとCrayは số trị tính toán の ためにわずか74 chủng loại の mệnh lệnh をもつCPUと chu biên プロセッサ (OSの đại bộ phận はこちらで thật hành される ) と hô ばれる12 loại の 単 thuần なコンピュータを thiết kế した. CDC 6600にはたったふたつ の アドレッシングモードしかなかった. CPUは tính toán dùng の 11 bổn の パイプラインとロード dùng の 5 bổn の パイプラインとストア dùng の 2 bổn の パイプラインを cầm つ. メモリは số nhiều の バンクに phân かれていて, ロード/ストアは song hành して thật hành することが ra tới た. Mệnh lệnh thật hành サイクルはメモリアクセスにかかる thời gian の 10 lần の tốc さであった.

もうひとつ の lúc đầu の ロード/ストアマシンとしては1968 nămに thiết kế されたデータ・ゼネラルのNovaがある.

Nhất も giống nhau に biết られているRISCはDARPAのVLSI kế hoạchの một vòng で hành われた đại học で の nghiên cứu である. VLSI kế hoạch は hôm nay ではあまり biết られていないが, チップ の thiết kế, chế tạo,コンピュータグラフィックスなど dạng 々な đặc bút すべき thành quả を sinh み ra している.

カリフォルニア đại học バークレー giáoの RISCプロジェクトはデイビッド・パターソンの chỉ huy の hạ 1980 năm に bắt đầu された. Cơ bản な khảo え phương はパイプラインと hôm nayレジスタ・ウィンドウとして biết られている lớn mật なレジスタ の cách dùng であった. Cùng lúc の CPUが nội tàng するレジスタ bổn số は số ít に hạn られていて, プログラムはそ の phạm 囲でレジスタを sử いまわした. レジスタ・ウィンドウを cầm つCPUでは, アーキテクチャ thượng 128 bổn の レジスタを cầm つが, プログラムからはある nháy mắt に, riêng の レジスタ・ウィンドウに thuộc する8 bổn の レジスタ の みが thấy える. CPUはプロシージャ(ルーチン, quan số )ごとに đừng の ウィンドウを cắt り đương て, プロシージャごとに lẫn nhau に dị なる8 bổn の レジスタを sử dụng する. そ の ためプロシージャコールや phục quy が cực めて cao tốc に thật thi される.

Lúc ấy, パターソンらは, RISCはCPUを1チップに thâu めるため の chế ước の hạ に単 thuần なアーキテクチャを thiết kế ・ thật trang したも の で, tính năng が thấp hèn すると khảo えていた. レジスタ・ウィンドウは, そ の tính năng thấp hèn を bổ うために dẫn vào された の である. 1981 năm に phát biểu された luận văn では, VAX11/780に đối して thật hành サイクル số so で4 lần と の tính năng が kỳ されたが, RISC の hiệu quả が chính しく bình 価されず, レジスタ・ウィンドウによる hiệu quả だと thuyết minh されていた.

こ の RISCプロジェクトは1982 nămにRISC-Iを hoàn thành させた. Cùng lúc の CISCプロセッサが10 vạn cái の トランジスタからなっていた の に đối して, わずか44,420 cái の トランジスタからなるRISC-Iは32 chủng loại の mệnh lệnh しか cầm たなかったが, cực めて cao tính năng だった. Thứ いで1983 năm にRISC-I の 3 lần の tính năng の RISC-IIが lên sân khấu した. RISC-IIは40,760 cái の トランジスタからなり, 39 chủng loại の mệnh lệnh を cầm っていた.

Cùng じころ,ジョン・L・ヘネシーは1981 năm,スタンフォード đại họcでMIPSプロジェクトを bắt đầu した. MIPSでは mệnh lệnh パイプラインを khả năng な hạn りフルに động tác させることを mục tiêu としていた. Mệnh lệnh パイプラインはすでに hắn でも sử われていたが, いくつか の công phu によりMIPS の パイプラインは phi thường に cao tốc に động tác した. Nhất も quan trọng な điểm は toàn て の mệnh lệnh を1クロックサイクルで thật hành されるようにしたことである. これによりパイプラインは lớn nhất hạn に hiệu quả を phát huy しプロセッサ の cao tốc hóa を thật hiện した. Nhưng し, thừa tính や trừ tính といった hữu dụng な mệnh lệnh は tỉnh lược されていた.

チップ thượng にRISC の CPUを làm るという lúc ban đầu の thí みは, 1975 năm にIBMが hành ったも の で, kể trên の đại học の nghiên cứu よりも sớm い. プロジェクトが bắt đầu された kiến trúc の phiên hiệu をとってIBM 801と danh づけられたプロセッサファミリはIBM の マシンに quảng く ứng dùng された. 1981 năm に chế tạo されたシングルチップ のROMPはResearch (Office Products Division) Mini Processorの lược であり, danh trước が loại nhỏ の thị trường を ý thức していることを kỳ している. これを sử って1986 nămにIBM RT-PCをリリースしたが, tính năng には vấn đề があった. とはいうも の の, 801はいくつか の プロジェクトを sinh み ra し, sau にここからPOWERが sinh まれることになった.

Lúc đầu の RISCは, 単 thuần で loại nhỏ ながら cao い tính năng を phát huy する hiệu quả は biết られていたも の の phòng nghiên cứu レベルで lưu まっていた. バークレー の thành quả はよく biết られるようになったため, RISCという ngôn diệp が chung chung することになった. Nhiều く の コンピュータ nghiệp giới quan hệ giả は, thật tế の thương dùngアプリケーションを cao tốc に thật hành できなければ ý vị がないと phê bình し, それを sử おうとしなかった. しかし1986 năm,Các nghiên cứu プロジェクト の thành quả が chế phẩm となっていった. Thật tế, ほとんど の RISCプロセッサはRISC-II の thiết kế をコピーするところからはじまっている.

Hiện tại の RISC

2009 nămHiện tại では, “RISC đối CISC” という単 thuần な ưu khuyết luận chiến は, kỹ thuật にはもはや ý vị を cầm たない.x86など の đại biểu なCISCプロセッサは bên trong にRISC の アーキテクチャを đoạn giai に lấy り nhập れ,Nghịch に đại biểu なRISCプロセッサは mệnh lệnh の thêm vào を続けているためである.

RISC の lúc trước の thiết kế tư tưởng は “Thiếu ない ngắn gọn な mệnh lệnh số による, đường về thiết kế の 単 thuần hóa とパイプライン hiệu quả の lớn nhất hóa によって, tính năng hướng về phía trước と thấp コスト hóa, càng には dễ dàng な động tác bước sóng số の hướng về phía trước を thật hiện する” も の であった. しかし hiện tại の chủ yếu なRISCプロセッサは, thương dùng tính toán dùng の10 tiến sốTính toán や,Ám hiệu hóa,仮 tưởng hóa,アウト・オブ・オーダー thật hànhなど の phục tạp な mệnh lệnh を thêm vào し続けている. こ の bối cảnh には, lúc trước より phúc quảng い sử dụng や tân しい cơ năng が cầu められていること, tính năng を bảo đảm したまま đa số の mệnh lệnh を thật trang できる chất bán dẫn kỹ thuật と đường về thiết kế kỹ thuật の hướng về phía trước, 単 thuần な động tác bước sóng số の hướng về phía trước には tiêu phí điện lực や phát nhiệt など の tác dụng phụ や giới hạn があった. Lấy hàng はマルチコアHóa へ tính năng hướng về phía trước の đà を thiết ることになる. こ の ため hiện tại では cao tính năng なプロセッサ の khai phát は, khai phát phí dụng も chế tạo phí dụng ( thiết bị đầu tư など ) も to ra になり, đại quy mô なチップメーカー bên ngoài はハイエンド の プロセッサ の khai phát ・ chế tạo が khó khăn となっている.

とはいえ, mệnh lệnh số と đường về quy mô bên ngoài は vẫn như cũ としてRISC の thiết kế tư tưởng が cường く tàn る. Mệnh lệnh は32ビットチップこそ cố định số nhỏ 32ビット, di động số nhỏ 64ビット,SIMDが128ビットとなるが các ユニットで thường に cố định trường, アドレッシングモードもレジスタ - レジスタとロード・ストア の nhị loại しかないことに変わりなく, レジスタはIA-64は đừng として,x64と tương đối しても lần の 32 vốn dĩ thượng を cầm つ. こうしたこともあって, プロセッサ の phân loại として, x86やSystem zなどを “CISC”,MIPS・POWER・SPARCなどを “RISC” と hô ぶ sự は, なお giống nhau である.

Thị trường đừng には,Tổ み込みThị trường では mệnh lệnh セット の phía sau trao đổi tính は coi trọng されず, thấp tiêu phí điện lực なプロセッサが cường く cầu められることからRISCが ưu thế である. Đặc にHuề mang điện thoại・ネットワーク máy móc ・ストレージ の コントローラなど32ビット・64ビットの cao tính năng phẩm はほぼRISCが độc chiếm している ( đại đa số はARM,Hắn にRISC-Vなど ). Qua đi の mệnh lệnh セットと の phía sau trao đổi tính が coi trọng されるパーソナルコンピュータは trường らくCISC(x86 ) が chủ lưu で, nhất thời はx86 の độc chiếm trạng thái にあったが,Appleシリコンに đại biểu されるカスタムチップ hóa の lưu れ の trung でRISC(ARM) の thế lực が duỗi trường している. かつてRISC (MIPS・POWER・SPARCなど ) が thế lực を khen っていたUNIXサーバ・ワークステーションThị trường ではP thành phố C tràng の スケールメリットを sinh かせるCISC ( x86 ) が đa số phái となり, RISCはハイエンドを trung tâm に còn sót lại する tình thế であったが, チップ thiết kế の tự do độ と điện lực hiệu suất を vũ khí にARMが thế công を cường めている. Một phương でゲーム cơは trường らくRISCプロセッサが chủ lưu であったが,PlayStation 4とXbox OneLấy hàng はCISC ( x86 ) ベース のSoCを chọn dùng している.

Chủ なRISCプロセッサ

Hiện hành の プロセッサ

SPARC(サン・マイクロシステムズ,Phú sĩ thông)

バークレーで の nghiên cứu は trực tiếp chế phẩm hóa されることはなかったが,サン・マイクロシステムズはRISC-II の デザインを sử ってSPARCを khai phát した. また, Pyramid Technologyもミッドレンジ の マルチプロセッサ cơ に sử dụng した. Hắn にも nhiều く の xí nghiệp がRISC-II の デザインを lợi dụng した. これはサン の tân たな cơ loại で quảng く sử われ, RISC の hiệu quả を thế に biết らしめた. これにより, サンは cấp tốc に trưởng thành し,ワークステーションThị trường をほぼ độc chiếm することになった. しかし1990 niên đại phần sau にワークステーション thị trường はX86アーキテクチャ のPCに bại れ đi り tiêu diệt した. Hiện tại では cùng xã および cộng đồng khai phát のPhú sĩ thôngのサーバChuyên dùng に số ít が sinh sản されている.

MIPS

ジョン・ヘネシーは nhất thời kỳ スタンフォード đại học を ly れてMIPS の thương dùng hóa thiết kế にとりかかるためミップス・コンピュータシステムズという xí nghiệp を thiết lập した. Lúc ban đầu の chế phẩm は đệ nhị nhiều thế hệ の MIPSチップR2000であった. MIPS の デザインはプレイステーションやNINTENDO64など のゲーム cơでも sử われ, nhất も nhiều く ra hà され sử われたRISCチップとなった. Hiện tại ではTổ み込みシステムDùng の ハイエンド の プロセッサとして nổi danh である.

POWER,PowerPC(IBM)

IBMはRT PCで の thất bại を giáo huấn として thứ kỳ マシンRS/6000の ベースとするためにPOWERアーキテクチャを thiết kế した. POWERを quy mô nhỏ hóa したPowerPCでは, IBM cố hữu の dạng 々な mệnh lệnh が bài trừ されてシングルチップ hóa された. PowerPCはデスクトップ hướng けでは1994 nămより2006 nămまでMacintoshに sử われた. PowerPCコアは,Đông chiなどと cộng đồng khai phát のCellを hàm め,スーパーコンピュータから tổ み込みシステムまで phúc quảng く triển khai し, theo え trí き のゲーム cơにも nhiều く sử われている.

ARM(Acorn→ARM Ltd)

ARM1～3がAcornのArchimedesなどに chở khách された sau に,AppleとNewtonHướng けプロセッサ の cộng đồng khai phát を tiến めるためプロセッサ khai phát bộ môn がARMとして độc lập. RISC-CPU の trung でも đặc に thấp tiêu phí điện lực に chú lực した thiết kế をもつ.Tổ み込みシステムHướng けとして các xã にライセンス triển khai し,Androidスマートフォンをはじめとした tổ み込み hướng け thị trường では áp đảo なシェアを khen る.サーバファームやニンテンドーDSなど の huề mang ゲーム cơ にも lợi dụng される.

SuperH(Ngày lập chế tác sở→ルネサス エレクトロニクス)

Tổ み込みシステムHướng けで, SH-1～SH-5がある. コードサイズ の hiệu suất hóa を thư って cố định mệnh lệnh trường を16ビットとした. こ の コンパクトな mệnh lệnh セットは hắn xã の mệnh lệnh セットにも ảnh hưởng を cùng えた.セガの ゲーム cơ にも sử dụng された.

OpenRISC(OpenCoresコミュニティ )

オープンソースハードウェア.ハードウェア の デザインはGNU LGPLで, モデルとファームウェアがGNU GPLでそれぞれ công khai されている.

RISC-V(カリフォルニア đại học バークレイ giáo)

オープンでフリー の mệnh lệnh セット. ハードウェア の thật trang は, xí nghiệp, khai phát giả によって hành われている.

V850(NEC→ルネサス エレクトロニクス )

M32R(Tam lăng điện cơ→ルネサス エレクトロニクス )

Atmel AVR

ESi-RISC

Chung tức したプロセッサ

• ROMP(IBM): Thế giới sơ の thương dùng RISCチップとしてRT-PCに chở khách されたが phổ cập せず, sau のPOWERに dẫn き継がれた.
• i860/i960(インテル)
• 88000(モトローラ): ほとんど bán れなかったため, モトローラはほどなくIBM の PowerPC の chế tạo に tham gia した.
• 29000(AMD): 1990 niên đại ngày đầu, ポピュラーなRISCプロセッサ の ひとつだった. PostScript プリンタ の インタプリタ処 lý プロセッサとして quảng く sử dụng された.
• PA-RISC(HP): Cùng xã の ワークステーションで sử dụng された.Itaniumへ の di chuyển に bạn い, PA-RISC chở khách マシン の ra hà は đình chỉ しているが, cổ いシステムでは2011 năm hiện tại も lợi dụng されていることもある.
• Alpha(DEC): 64ビット cấu tạo を lấy るCPUで, ワークステーションや tổ み込み sử dụng hướng け. RISC-CPU の trung でも nhất tốc を khen ったが, 1997 năm にインテルから11 kiện の đặc biệt cho phép xâm hại を tố えられ ước 15 trăm triệu ドル の mua thâu で giải hòa した.また cùng xã がコンパックに mua thâu された sau, さらにコンパックはHPに mua thâu され thu nhỏ lại の một đường を siêm った. インテルに譲 độ された khai phát チームは các xã に tán り, それぞれ đừng の RISC CPUに huề わっている. 2016 năm 6 nguyệt に thế giới nhất tốc と bình 価されたスーパーコンピュータThần uy Thái Hồ ánh sángに sử dụng されている Trung Quốc chế CPU の ベースとなっている.

RISCライクなプロセッサ

• PIC(Microchip)
• R800( アスキー )
• Coldfire( モトローラ→フリースケール・セミコンダクタ)
• トランスピュータ(INMOS)

Tham khảo văn hiến

• ジョン・L・ヘネシー, trung điều thác bá, thiên dã anh tình, cát lại khiêm nhị, tá đằng thọ luân 訳『コンピュータアーキテクチャ định lượng アプローチ đệ tứ bản 』 ( sơ bản ) tường vịnh xã, 2009 năm.ISBN978-4-7981-1440-8.
• Hisa Ando『プロセッサを chi える kỹ thuật: Quả てしなくスピードを theo đuổi する thế giới 』 kỹ thuật bình luận xã, 2011 năm 1 nguyệt 25 ngày.ISBN 978-4-7741-4521-1.

Quan liền hạng mục

• CPU niên biểu
• コンピュータ・アーキテクチャ
• マイクロプロセッサ

Phần ngoài リンク

• RISC vs. CISC
• What is RISC
• RISC vs. CISC from historical perspective