RISC mimarisi nedir?

Hem dizüstü hem de masaüstü bilgisayar pazarında adından söz ettiren “yeni” mimari RISC’dir. Bu, düşük güç tüketimi ve iyi performansı nedeniyle akıllı telefon ve tablet işlemci pazarında çok yaygın bir tasarımdır. RISC’in ne olduğunu, temel özelliklerini ve diğer önemli yönlerini açıklayacağız.

RISC nedir?

Bunlar, daha yüksek hızda çalışmasına izin veren daha az sayıda talimat türünü yürütmek üzere tasarlanmış işlemcilerdir. RISC mimarisi esas olarak daha az miktarda donanım ve daha fazla yapı esnekliği gerektirir.

Bir talimatın, işlemcinin verileri nasıl ele alması gerektiğinin göstergelerinden daha fazlası olduğu konusunda net olmalıyız. Herhangi bir yazılım, talimatlara göre oluşturulur. Birçok talimat türü olmasına rağmen, en yaygın olanları aritmetik, mantıksal ve akış kontrolüdür.

“Azaltılmış” hakkında konuştuğumuzda, RISC mimarisinin daha az talimat türünü desteklediğini kastetmiyoruz. Bu gerçekten RISC’deki talimatların daha basit olduğu anlamına gelir. RISC işlemciler için, bir bellek yükleme talimatından başka işlem yapmaz. İşlemci, bu verilerle ne yapacağını söyleyen yeni bir talimat bekler.

Bu talimatları işlemcide uygulamak çok daha kolaydır. Ek olarak, mantık bloklarında daha az yer kaplayarak onları çok daha küçük hale getirir. Bu da daha yüksek çalışma hızlarının elde edilmesini sağlar.

Aritmetik-mantıksal birimler veya kayan nokta birimleri diğer mimarilerden daha basit olabilir. Bu, işlemci paketindeki diğer öğeler için daha fazla yer açmasına veya işlemcinin boyutunu küçültmesine olanak tanır.

RISC mimarisinin geçmişi

RISC mimarisinin gelişimini 1970’lere dayanır. Bu mimariye dayalı olarak geliştirilen ilk çözümler IBM ve Stanford ve Berkeley üniversiteleri tarafından geliştirildi.

RISC terimini ilk kullanan kişi, Berkeley’deki California Üniversitesi’nden Profesör David Patterson’du. Konsept, Sun Microsystems’in SPARC işlemcilerinde kullanıldı ve şimdi Silicon Grpahics’in bir parçası olan MIPS Technologies’in yaratılmasının temeli oldu.

Oldukça uzun bir süredir, RISC mimarisi üzerine farklı araştırma türleri geliştirilmiştir. IBM Research’ten John Cocke, bir bilgisayardaki talimatların %20’sinin işin %80’ini yapabileceğini gösteren kişiydi.

Bu araştırmadan yararlanan ilk sistem 1980’de IBM’in PC/XT’siydi. Daha sonra IBM tarafından RISC System/6000’de tam olarak uygulandı.

Şu anda RISC mimarisi, büyük esnekliği nedeniyle, akıllı telefonlar ve tabletler için çip geliştirmek için yaygın olarak kullanılmaktadır. ARM, RISC tasarımına dayalı işlemciler üzerinde çalışan ve geliştiren birçok şirket olmasına rağmen, RISC mimarisine dayalı en büyük çip geliştiricisi ve lisans verenidir.

RISC’in Özellikleri

RISC mimarisi beş tasarım özelliğine dayanmaktadır:

Tek çevrim yürütme: Çoğu geleneksel CPU tasarımı, temel makine çevrimi başına maksimum bir komut yürütme hızına sahiptir. Belirli bir teknoloji için çevrim süresi daha düşük bir limite sahip olabilir. Karmaşık CPU’larda, derleyici tarafından oluşturulan talimatların çoğu genellikle basittir. RISC tasarımının yaptığı, yalnızca tek bir yürütme döngüsünü vurgulamaktır. Hatta daha az sıklıkta operasyonlar için çoklu komut dizilerinin sentezlenmesine izin verir.
Çok az veya hiç mikro kod: Mikro kodların yaptığı, operasyonel ek yük katmanları eklemektir. Bunun yaptığı, talimat başına döngü sayısını artırmaktır. Birkaç hesaplama döngüsü gerektirebilecek basit talimatlara yol açabilecek bir şey.
Birkaç adresleme modu: Karmaşık komutlar ve adresleme modları basitleştirilmiştir. Bu, mikrokod veya çoklu döngü talimatları anlamına gelir.
Kayıt-kayıt tasarımı: Yalnızca erişim belleğini yükler ve saklar. Bunlar kayıt defteri-kayıt işlemlerini gerçekleştirir. Bu, yukarıdaki üç ilkeden kaynaklanmaktadır.
Derin ve verimli ardışık düzen: İşlemciler, karmaşık yatay mikro kod olmadan donanım paralelleştirmesini uygun şekilde kullanmak için ardışık düzen kullanır. ‘n’ aşamadan oluşan bir boru hattı, ‘z’ talimatlarını aynı anda aktif tutar, ideal olarak her döngüde bir tane bitirir. Talimatlar, boru hattına izin verecek şekilde dikkatlice ayarlanmalıdır.

RISC mimarisinin avantajları

Destekledikleri basit ve sınırlı sayıda talimat sayesinde daha iyi performans sunarlar.
Maliyetini azaltan daha az fiziksel donanım gerektirir
Diğer devreleri entegre etmek için pakette boş alan sağlar
Daha az güç tüketimi ve ısı üretimi, onları mobil cihazlar için ideal hale getirir
Çok yönlüdürler, her türlü uygulama için kullanılabilirler.

RISC mimarisinin dezavantajları

Yürütülen yazılıma bağlı olarak değişken performans bulabiliriz. Yeni ifadeler önceki bir açıklamaya bağlı olabilir.
Şu anda mevcut yazılımların çoğu (özellikle masaüstü bilgisayarlar için) karmaşık talimatlara dayanmaktadır.
Bu işlemciler, birkaç talimatı depolamak için çok hızlı belleğe ihtiyaç duyar, bu da talimatları çok kısa sürede yürütebilmek için çok fazla önbellek gerektirir.

RISC-V nedir?

İndirgenmiş Komut Seti Mimarisi ilkelerine dayanan bir Açık Standart Komut Seti Mimarisi’dir (ISA). ISA kapsamında kurulan RISC-V, açık kaynak lisanslarının sunulmasına izin vererek, bir tasarımı kullanmak için telif ücreti ödeme ihtiyacını ortadan kaldırıyor. Halihazırda RISC-V tabanlı çipler geliştirmeye başlayan birkaç şirket var.

Daha fazla sayıda kullanım için tasarlanmış bir dizi talimata sahiptir. Temel RISC komut seti, 32 bitlik sabit bir doğal uzunluğa sahiptir. RISC-V’nin temel aldığı ISA uzantısı, 16 bit uzunluğa kadar olabilen değişken uzunluklu talimatlara izin verir.

2010 yılında Kaliforniya’daki Berkeley Üniversitesi’nde ortaya çıktı. Şu anda projede üniversiteye bağlı olmayan çok sayıda işbirlikçi var. Okullar tarafından geliştirilen diğer tasarımlardan farklıdır, çünkü RISC-V pratik kullanılabilirlik için geliştirilmiştir.

Haziran 2019’dan bu yana, kullanıcı alanı sürüm 2.2’deki ISA ve ayrıcalıklı sürüm 1.11’deki ISA donduruldu. Bunun sağladığı şey, yazılım ve donanım geliştirmenin devam edebilmesidir.

Bu yeni işlemci mimarisi, RISC mimarisiyle birçok temel özelliği paylaşıyor. Bazı farklılıklar olsa da:

Herkesin kullanabileceği ve kullanımı için telif ücreti ödemeyeceğimiz açık kaynaklı bir mimaridir.
Diğer varyasyonlardan daha basit bir ticari ISA sürümü olarak sadelik eklenir
Birden çok standart uzantıya sahip azaltılmış bir standart tür ISA’ya sahiptir
Taban ve ilk standart uzantılar donduruldu. Mimaride büyük güncellemeler hakkında endişe yok
Uzantılara bağlı olarak belirli işlevler eklemenizi sağlar. Şu anda birçok uzantı geliştiriliyor