Grundlagen der RISC-Architektur

Die RISC-Architektur ist eine entscheidende Wende in der Entwicklung von Prozessoren. Das effiziente und elegante Design der RISC-Befehlssätze prägt auch heute noch die CPUs von Intel, IBM & Co.

Die RISC-Architektur, als "Reduced Instruction Set Computer"-Architektur eingeführt, hat starke historische Wurzeln. Die Entwicklung der ersten Prozessortypen war eher auf die Implementierung immer komplexerer Befehlssätze ausgerichtet (CISC-Architektur), wofür es mehrere Gründe gab:

  • Der Unterschied der Zugriffsgeschwindigkeit zwischen Hauptspeicher und Speicher innerhalb der CPU führte dazu, dass Befehle, die Programmsequenzen in der CPU implementierten, wesentlich schneller liefen als externe Sequenzen. Der Unterschied in der Geschwindigkeit zwischen Mikroprogrammspeicher und Hauptspeicher betrug etwa den Faktor 10. Dadurch konnte man die 10fache Anzahl an Befehlen für ein Mikroprogramm nutzen. Der Geschwindigkeitsunterschied existiert jedoch seit langem nicht mehr. Wie in Kapitel 8gezeigt wird, weisen neueste Forschungsergebnisse allerdings einen durchaus ähnlichen Weg, wenn auch aus anderen Gründen.

  • Durch die eingeführte Mikroprogrammierung war der Aufwand zur Erweiterung des Befehlssatzes relativ gering. Dies führte zum Beispiel zu nachladbaren Befehlssätzen bei Großrechenanlagen.

  • Die Einführung komplexer Befehle führte vor allem bei der Assembler-Programmierung zu kompakteren Programmen. Dadurch verringerten sich sowohl die Speicherkosten als auch die Ausführungszeit.

  • Für die Hochsprachenprogrammierung erhoffte man sich, durch komplexe Be-fehle eine Brücke zwischen Maschinen- und Hochsprache zu schaffen.

  • Der Zwang der Aufwärtskompatibilität brachte aus Marktgründen die Notwendigkeit mit sich, immer komplexere Befehlssätze zu implementieren.

  • Ein komplexer Maschinenbefehlssatz galt als Beweis der Leistungsfähigkeit eines Rechners.

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