Grundlagen der RISC-Architektur

Typische Operanden und Befehle

Zur Festlegung des Befehlssatzes der RISC-I-Architektur musste man Programme auf zwei Charakteristika hin untersuchen: Typische Operanden und typische Befehle in C oder PASCAL sowie deren Übersetzung in Maschinensprache. Das RISC-I-Projekt zeigt demnach die grundsätzliche Wechselwirkung von Rechnerarchitektur und Compiler. Die acht Programme, die zur Analyse herangezogen wurden, bestanden aus:

• P1: Pascal-Compiler, geschrieben in Pascal

• P2: Unterprogramm in einem Entwurfssystem

• P3: Pascal Prettyprinter

• P4: Vergleichsprogramm zum Vergleich zweier Dateien

• C1: C-Compiler, geschrieben in C

• C2: Programm zum Zeichnen von VLSI-Masken-Layouts

• C3: Programm zum Formatieren von Text

• C4: Sortierprogramm unter Unix

Die typischen Programme der 90er Jahre, Textverarbeitung und Grafikprogramme, sind sicher unterrepräsentiert, die Mischung entspricht eher dem Standard von 1980. Die folgende Tabelle zeigt die dynamische Häufigkeit der Operanden im Code.

Dynamische Häufigkeit der Operanden in den Testprogrammen

Operandentyp	P1	P2	P3	P4	C1	C2	C3	C4	Durchschnitt
Angaben in Prozent
Ganzzahlige Konstante	14	18	11	20	25	11	29	28	20
Skalare	63	68	46	54	37	45	66	62	55
Felder / Strukturen	23	14	43	25	36	43	5	10	25

Die Unterstützung für die Operandentypen durch die Maschinenbefehle kann in mehrfacher Form erfolgen: Floating-Point-Befehle (hier nicht aufgeschlüsselt) sowie Adressierungsformen bieten hier eine Reihe von Möglichkeiten.

Die Hochsprachenkonstrukte in diesen Programmen lassen sich in verschiedene Kategorien einteilen: Zuweisungsbefehle (assign), Kontrollflussstrukturen (if, case, for, with, loop, while) und Prozeduraufrufe (call/return). Die in den Programmen auftretenden Häufigkeiten sind in folgender Tabelle dargestellt.

Dynamische Häufigkeit von Hochsprachenanweisungen in den Testprogrammen

Befehlstyp	P1	P2	P3	P4	C1	C2	C4	C4	Durchschnitt Pascal	Durchschnitt C
Angaben in Prozent
assign	39	52	35	53	22	50	25	56	45	38
if	35	30	36	16	59	31	61	22	29	43
call	15	14	16	15	6	17	9	16	15	12
with	2	0	5	13	2	2	3	5	5	3
loop	5	5	5	4	9	0	1	1	5	3
case	4	0	1	0	2	0	0	0	0	kleiner 1