RISC ve CISC Mimari Karşılaştırılması

RISC VE CISC MİMARİ HAKKINDA

CISC (Complex Instruction Set Computers)

Karmaşık Komut Kümeli Mikroişlemciler

1960’larda geliştirilen ve ilk mimari yapı olan CISC mimarisi, az bellek kapasitesine gereksinim duyulan yerlerde yaygın olarak kullanılması yanında, Intel 80×86, Pentium ve Motorola 68030, vb. gibi işlemciler ile IBM 360 ve DEL WAX gibi büyük sistemlerde kullanılmaktadır.

CISC tasarım felsefesi ile geliştirilen mikroişlemcili sistemlerde, ‘kademeli komut işleme’ tekniği olarak adlandırılan ve aynı anda yalnızca bir komut üzerinde işlem yapılan komut işleme tekniği kullanılır.

Komut kodu bellekte ve işlenecek verilerin MİB’deki kaydedicilerde bulunduğu varsayılarak, kademeli komut işleme tekniğinde oluşacak işlem sırası listelenirse;

1. Program sayıcısının gösterdiği adresten (bellekten) komutu al getir (FI-Fetch Instruction)

2. Getirilen komutun kodunun çözülmesi ve mikro-kodların elde edilmesi (DI-Decode Instruction)

3. Komutun ALU’da çalıştırılması (EI-Execute Instruction)

4. Sonucun ilgili kaydediciye yüklenmesi (WB- Write Back Result) Açıklanan bu işlemlere göre, bir komutun işlenebilmesi dört adımda gerçekleştirilir. Gerçekleştirilen adımlardan birisi bitmeden diğer adıma geçilemez. Dört adım sonucunda tek bir komutun işlemesi biter ve yeni bir komut işlenmeye başlar.

RISC (Reduced Instruction Set Computers)

Azaltılmış Komut Kümeli Mikroişlemciler

İşlemcilerin kullandığı komutların basitleştirilmesi ve komutların sayısının azaltılması, komut işleme hızını artırır. Diğer bir deyişle, daha az sayıda ve basit yapıya sahip komutlar kullanan işlemci, karmaşık komut seti kullanan işlemciye göre daha hızlı çalışır.

RISC işlemlerde işlemcinin performansını artıran önemli bir etken, Kanal Komut İşleme Tekniği (pipelining) olarak isimlendirilen ve aynı anda birden fazla komutun işlenmesini sağlayan teknolojidir. Bu teknolojinin kullanımı, daha fazla bellek ve daha gelişmiş derleme tekniği gereksinimlerini ortaya çıkarır. Bu gereksinimleri tam anlamıyla karşılayabilen çok geniş ölçekli entegre (VLSI) teknolojisinin 1990’larda geliştirilmesi ile RISC işlemciler büyük sistemlerin yanı sıra PC’lerde kullanılmaya başlandı.

RISC mimari, daha basit komutlar kullanarak tümdevre karmaşıklığını azaltmaktadır. Ancak RISC komutlarının daha kısa olması belirli bir görevin tamamlanabilmesi için daha fazla komuta gereksinim duyulmasına yol açabilir. Ayrıca RISC mimariler için üretilen derleyiciler daha önce CISC mimarisinde bulunan donanım birimlerinin görevini üstlenmek üzere ekstra komutlar kullanmaktadır.

RISC VE CISC MİMARİ KARŞILAŞTIRMASI

RISC ve CISC işlemciler birbirleri ile hızlarına, komut işleme tekniklerine, kullanılan transistor sayılarına, vb. kriterlere göre karşılaştırılabilirler. İki mimari arasındaki farklar örneklerle aşağıdaki gibi açıklanabilir:

1- Hız: İki işlemci mimarisinin karşılaştırılmasından ilk önemli farkın; hızları olduğu bulunur. İki işlemci mimarisi arasındaki hız farkı, kullanılan komut işleme teknikleri sonucu oluşur. RISC işlemciler, genellikle aynı saat frekansında çalışan CISC işlemcilere göre daha hızlıdır.

Örnekler ve Ek Açıklamalar:

• CISC talimatları RISC’den daha fazla çevrim kullanır.
• Azaltılmış komut kümesi sayesinde daha hızlı çalışırlar.
• RISC ‘de CPU’daki komut işleme daha hızlı olacağından bu hızda çalışan CPU’ya hızlı RAM ve büyük önbelleklere ihtiyaç vardır.

2- Komut İşleme Tekniği: Mimariler arasındaki ikinci önemli fark; komut işleme tekniğidir. CISC işlemcilerde ‘kademeli komut işleme’ tekniği kullanılırken, RISC işlemcilerde ‘kanal komut işleme tekniği’ (pipeline) kullanılır. CISC tekniği ile aynı anda tek bir komut işlenebildiği ve komutun, işlenmesi bitmeden yeni bir komut üzerinde çalışmaya başlanamaz. RISC tekniğinde ise, aynı anda çok sayıda komut işlenmektedir. Komutların birbirini takip etmesi nedeni ile her bir komut bir birim uzunluktadır ve her işlem adımında bir komuta ait işlemler bitirilir.

Örnekler ve Ek Açıklamalar:

• CISC’de farklı komutlar farklı sayıda saat çevrimine gerek duyacaklarından performans düşmesi gözlenir.
• RISC işlemcilerin komut kümeleri basitleştirildiklerinden çok az yonga kullanırlar.
• RISC’de bütün komutlar tek bir çevrimde çalıştırılmalıdır.
• RISC’de program derlenince daha fazla makine kodu olacağından CISC’e göre daha fazla alan kapsar.

3- Transistör Sayısı: CISC ve RISC yapıları arasındaki üçüncü önemli fark; işlemcilerde kullanılan transistor sayısıdır. CISC işlemcilerde kullanılan transistor sayısı, RISC işlemcilere göre daha fazladır. Daha fazla sayıda transistor kullanılması, daha geniş alan gereksinimi ve daha fazla ısı ortaya çıkarır, Oluşan daha fazla ısı nedeniyle soğutma ihtiyacı ortaya çıkar ve soğutma işlemi, ısı dağıtıcısı veya fanlar kullanılarak gerçekleştirilir.

Örnekler ve Ek Açıklamalar:

• CISC’de karmaşık işlemci yapısına bağlı olarak ihtiyaç duyulan transistör sayısı da artmıştır.

4- Donanımsal Yapı (Tasarım Şekli): İki mimari arasındaki bir diğer fark; donanımsal yapıları ve tasarım şekilleridir. RISC işlemciler, CISC işlemcilere göre daha basit yapıda olduklarından daha kolay tasarlanırlar.

Örnekler ve Ek Açıklamalar:

• CISC için CPU yapısı her kuşak işlemci ile beraber daha karmaşıklaşmıştır.

5- Komut yapısı: RISC mimarisi, CISC’in güçlü komutlarından yoksundur ve aynı işlemi yapmak için daha fazla komuta gereksinim duyar. RISC mimaride aynı uzunlukta basit komutlar kullanılırken CISC mimaride karmaşık yapıda değişken uzunlukta komutlar kullanılır.

Örnekler ve Ek Açıklamalar:

• RISC’de belleğe sadece “Load” ve “Store” komutlarıyla erişilmelidir.
• RISC’in bütün icra birimleri mikrokod kullanılmadan donanımsal olarak çalışmaktadır.
• RISC’de komutlar sabit 32 bitliktir. CISC’de komutların boyutu sabit değildir.