RISC Bilgisayar Mimarisi : RISC terimi, küçük, yüksek düzeyde optimize edilmiş bir talimat seti kullanarak cpu’nun tasarımını basitleştirmeyi amaçlayan bir bilgisayar mimarisi olan Azaltılmış Komut Seti Hesaplaması anlamına gelir. Geniş ve çeşitli yönergelere sahip geleneksel Karmaşık Komut Seti Hesaplama (CISC) mimarilerinin aksine, RISC, verilerin işlenmesine daha akıcı ve verimli bir yaklaşıma odaklanarak daha hızlı yürütme ve daha basit donanım tasarımına yol açar.
RISC mimarisi, özellikle gömülü sistemlerde, mobil cihazlarda ve yüksek performanslı hesaplamada modern hesaplamanın şekillenmesinde temel bir rol oynamıştır.
RISC Bilgisayar Mimarisi
RISC Bilgisayar Mimarisi nedir?
RISC Bilgisayar Mimarisi veya Azaltılmış Komut Seti Hesaplama, küçük, yüksek düzeyde optimize edilmiş bir komut seti kullanan bir tür mikroişlemci mimarisidir. RISC işlemcileri, hem donanım hem de yazılım tasarımında basitliği ve verimliliği vurgulayarak her bir talimatı tek bir saat döngüsünde yürütmeyi amaçlar. Bu, yürütmek için birden fazla saat döngüsü gerektirebilecek daha büyük bir dizi daha karmaşık talimat kullanan cısc’nin (Karmaşık Komut Seti Hesaplaması) aksinedir.
Rısc’nin temel ilkesi, daha basit işlemleri daha hızlı bir hızda gerçekleştirmeye odaklanmaktır. Bu, genellikle talimat başına daha fazla iş yapabilen daha karmaşık talimatlara sahip olan CISC sistemleriyle çelişir, ancak daha yavaş ve uygulanması daha zor olabilir.
RISC Mimarisinin Temel Özellikleri
RISC mimarisini tanımlayan birkaç ayırt edici özellik vardır:
Basitleştirilmiş Komut Seti
RISC işlemciler, küçük, son derece optimize edilmiş bir dizi talimat kullanır. Bu talimatlar genellikle verileri kayıtlara yüklemek, aritmetik veya mantık işlemleri yapmak ve sonuçları belleğe geri yazmak gibi basit işlemleri gerçekleştirmek için tasarlanmıştır.
RISC talimatları genellikle sabit uzunluktadır (genellikle 32 bit), bu da kod çözme işlemini basitleştirir ve talimat alma oranlarını iyileştirir.
Mimariyi Yükle / Sakla
RISC, bir yükleme / depolama mimarisi kullanır; bu, çoğu talimatın yalnızca kayıtlarda çalıştığı anlamına gelir. Bellekteki verilerle ilgili işlemleri gerçekleştirmek için, RISC sistemleri önce verileri bir kayıt defterine yükler, hesaplamayı gerçekleştirir ve ardından sonucu belleğe geri depolar.
Yalnızca yükleme ve saklama talimatları belleğe doğrudan erişebilir; diğer işlemler yalnızca kayıtlar arasında gerçekleştirilir.
Döngü Başına Bir Talimat
RISC’NİN temel ilkelerinden biri, talimatların çoğunun tek bir saat döngüsünde yürütülecek şekilde tasarlanmasıdır. Bu, kontrol mantığının karmaşıklığını azaltır ve daha yüksek saat hızları ve daha iyi performans sağlar.
Tek bir karmaşık talimatı yürütmek için birden fazla saat döngüsü gerektirebilen CISC işlemcilerin aksine, RISC işlemcileri tipik olarak boru hattı tekniklerini kullanarak aynı anda birden fazla talimat yürütür.
Sabit Talimat Formatı
RISC talimatları tipik olarak sabit bir biçime sahiptir, yani her talimat aynı uzunluktadır (örneğin, 32 bit). Bu, komut kod çözmeyi daha verimli hale getirir ve bellekten daha hızlı almayı sağlar.
Buna karşılık, CISC talimatları değişken uzunluklara sahip olabilir ve bu da onları verimli bir şekilde çözmeyi zorlaştırır.
Birkaç Adresleme Modu
RISC mimarileri, CISC mimarilerine kıyasla genellikle daha az adresleme modunu destekler. Bu, adres hesaplaması için gereken donanımı basitleştirir ve komut yürütme performansını artırır.
RISC Bilgisayar Mimarisi nin Tarihi
RISC mimarisinin gelişimi 1970’lerin sonlarına ve 1980’lerin başlarına kadar izlenebilir. rısc’nin arkasındaki fikir, donanım basitliği ve yazılım optimizasyonu yoluyla daha iyi performans elde edebilecek daha basit, daha verimli bir işlemci tasarımı oluşturmaktı.
Erken Başlangıçlar
RISC üzerindeki ilk büyük etki, 1970’lerin sonlarında IBM’in Thomas J. Watson Araştırma Merkezi’nde John Cocke liderliğindeki bir araştırma projesi olan IBM 801’den geldi.801, basitleştirilmiş bir komut seti mimarisi oluşturmaya yönelik ilk girişimlerden biriydi ve rısc’nin ilkelerine zemin hazırladı.
Bir diğer önemli erken RISC gelişimi, 1980’lerin ortalarında Stanford Üniversitesi’nde John Hennessy tarafından kurulan MIPS Bilgisayar Sistemlerinden geldi. mıps mimarisi, en etkili RISC tasarımlarından biri haline geldi ve iş istasyonları ve ağ ekipmanı dahil olmak üzere çeşitli uygulamalarda yaygın olarak kullanıldı.
Ticarileştirme ve Popülerlik
1980’lerde ve 1990’larda, birkaç şirket ürünlerinde RISC mimarilerini benimsemeye başladı. Sun Microsystems, SPARC mimarisini tanıtırken Apple, Macintosh bilgisayarları için PowerPC işlemcilere (IBM ve Motorola ile ortaklaşa geliştirildi) geçti.
Teknoloji ilerledikçe, RISC tabanlı işlemciler, büyük ölçüde düşük güç tüketimi, verimliliği ve ölçeklenebilirliği nedeniyle gömülü sistemler, mobil cihazlar ve ağ donanımları dahil olmak üzere çok çeşitli alanlarda uygulamalar buldular.
RISC Nasıl Çalışır: Yürütme Süreci
Bir RISC işlemcisindeki talimatların yürütülmesi, iş hacmini ve verimliliği en üst düzeye çıkarmak için genellikle boru hattı kullanılarak uygulanan birkaç adıma ayrılabilir:
Talimat Getirme: İşlemci, talimatı bellekten alır.
Talimat Kod Çözme: Talimat, ilgili işlemde çözülür ve gerekli kayıtlar seçilir.
Yürütme: İşlemci, aritmetik, mantıksal veya veri işleme işlemlerini içerebilen veriler üzerinde işlemi gerçekleştirir.
Bellek Erişimi: Talimat bellek içeriyorsa, veriler kayıtlara yüklenir veya kayıtlardan depolanır.
Geri Yaz: Sonuç bir kayıt defterine veya belleğe geri yazılır.
Bir RISC işlemcide, talimatların basitliği ve sabit uzunlukta formatı sayesinde bu adımların her biri tipik olarak bir saat döngüsü alır. Boru hattı oluşturma, işlemcinin birden fazla talimatın üst üste binmesine izin verir, böylece bir talimat yürütülürken diğerleri aynı anda getirilebilir ve kodu çözülebilir, bu da genel iş hacmini iyileştirir.
RISC Mimarisinin Avantajları
RISC tabanlı işlemciler, CISC işlemcilere göre birkaç önemli avantaj sunar:
Sadelik
Komut setinin azaltılmış karmaşıklığı, RISC işlemcilerin daha basit donanım ve kontrol mantığına sahip olmasını sağlar, bu da işlemcinin tasarımını ve uygulanmasını daha kolay ve daha uygun maliyetli hale getirir.
Daha basit talimatlar, karmaşık kod çözme mantığına olan ihtiyacı da azaltır, bu da RISC işlemcilerini talimatların yürütülmesinde daha hızlı hale getirebilir.
Daha yüksek Performans
RISC işlemciler, talimatları tek bir saat döngüsünde yürüterek ve boru hattını kullanarak daha yüksek performans elde ederek yüksek talimat verimine olanak tanır.
Komut setinin sadeliği, daha karmaşık kod çözme ve yürütme aşamalarına sahip olma eğiliminde olan CISC işlemcilere kıyasla daha yüksek saat hızları da sağlar.
Enerji Verimliliği
Daha basit tasarımları ve talimat başına gereken daha az döngü nedeniyle, RISC işlemciler tipik olarak CISC işlemcilerden daha az güç tüketir.
Bu, RISC işlemcileri özellikle mobil cihazlar, gömülü sistemler ve güç verimliliğinin kritik olduğu diğer uygulamalar için çok uygun hale getirir.
Daha iyi Derleyici Optimizasyonu
RISC talimatları basit ve tekdüze olduğundan, derleyiciler tarafından optimizasyona kendilerini iyi borç verirler. Derleyiciler, cpu’nun kayıtlarının ve ardışık düzeninin nasıl kullanılacağı konusunda daha iyi kararlar alarak performansı artırabilir.
RISC işlemcileri, yazılımın hassas bir şekilde ayarlanabileceği ve optimize edilebileceği ortamlarda iyi performans gösterme eğilimindedir.
Paralellik
RISC işlemciler, boru hattı oluşturma ve basit komut setleri sayesinde birden çok komutun paralel yürütülmesini desteklemek üzere tasarlanmıştır. Bu, paralelleştirilebilen iş yükleriyle uğraşırken daha yüksek verim ve performansa yol açabilir.
RISC Mimarisinin Dezavantajları
RISC işlemcileri birçok avantaj sunarken, bazı değiş tokuşlar vardır:
Artan Kod Boyutu
RISC programları genellikle aynı görevi gerçekleştirmek için CISC’YE kıyasla daha fazla talimat gerektirir. Bunun nedeni, her talimatın basit bir işlem gerçekleştirmesi ve karmaşık görevleri gerçekleştirmek için daha fazla talimata ihtiyaç duyulmasıdır. Bu, sınırlı bellek kaynaklarına sahip sistemler için bir dezavantaj olan bellek kullanımının artmasına neden olabilir.
Derleyici Optimizasyonuna Bağımlılık
RISC işlemcileri, kodu optimize etmek için büyük ölçüde derleyiciye güvenir. Derleyici kodu etkili bir şekilde optimize etmezse, performans düşebilir.
Öte yandan, CISC işlemcileri daha az talimatla daha karmaşık işlemler gerçekleştirerek yazılım katmanına bağımlılığı azaltabilir.
Özel Talimatların Olmaması
RISC işlemcileri tipik olarak, CISC işlemcilerinin dize manipülasyonu veya karmaşık matematiksel hesaplamalar gibi belirli işlemler için sahip olabileceği oldukça özel talimatlardan yoksundur. Bu, RISC sistemlerinde belirli görevlerin daha az verimli yürütülmesine yol açabilir.
Rısc’nin Modern Bilgi İşlem Üzerindeki Etkisi
RISC mimarisinin, özellikle belirli alanlarda modern bilgi işlem üzerinde derin bir etkisi olmuştur:
Gömülü Sistemler: RISC işlemciler, enerji verimliliği, küçük boyutları ve basitlikleri nedeniyle gömülü sistemlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Akıllı telefonlar, tabletler, IoT cihazları, otomotiv sistemleri ve ağ yönlendiricileri gibi cihazlarda yaygındırlar.
Akıllı Telefonlar ve Mobil Cihazlar: Günümüzde mobil cihazların büyük çoğunluğu RISC tabanlı ARM işlemcileri kullanıyor. Öne çıkan bir RISC mimarisi olan ARM, düşük güç tüketimi ve yüksek performansı nedeniyle akıllı telefonlarda baskın mimari haline geldi.
Sunucular ve iş istasyonları: RISC işlemciler, özellikle GÜÇ mimarisine dayalı olanlar (IBM’in Güç sistemlerinde kullanılır) ve SPARC işlemciler, kurumsal sunucular, veri merkezleri ve süper hesaplama dahil olmak üzere yüksek performanslı bilgi işlem ortamlarında hala kullanılmaktadır.
