Mikroişlemcilerde RISC/CISC nedir?

[taydin]

Bu kısaltmaların önce açılımlarına bakalım:

CISC (complex instruction set computing)
RISC (reduced instruction set computing)

Bu kavramlar, bir mikroişlemcinin iç mimarisi ile ilgilidir ve bu mimari yapı da o işlemcinin makina dili komut setine yansımaktadır. Makine dilinin ne olduğu ile ilgili ilave bilgiler için aşağıdaki konuyu inceleyebilirsiniz:

Bilgisayar programlama dilleri, genel bir sınıflandırma

Aslında en başta şunu açıkça ortaya koymak lazım: Bilgisayarların içinde bulunan işlemcinin (CPU) anladığı tek programlama dili, makina dilidir. İşlemci, bilgisayar hafızasında bulunan makina dili komutunu okur, gereğini yapar, sonraki komutu okur, onun gereğini yapar ve bu süreç, bilgisayar...

mekatronik.org

CISC ve RISC mimariye sahip işlemciler arasındaki en temel fark, ve bu kavramların da ortaya atılmasındaki ana etken, makina dili komutlarının kaç saat döngüsünde (clock cycle) tamamlandığıdır. RISC mimarisine sahip bir işlemcide neredeyse bütün makina dili komutlarının bir saat döngüsünde tamamlanma garantisi var. Ama CISC mimarisine sahip bir işlemcide böyle bir garanti yok. CISC işlemcide genelde tek saat döngüsünde tamamlanan komutlar hiç yoktur ve komutların tamamlanması onlarca saat döngüsü sürebilir. Her komutun kaç döngüde tamamlanacağı ve bu sayının hangi şartlarda değişkenlik göstereceği o işlemcinin makina dili referans dokümanlarında belirtilir. Ama genel olarak 4 saat döngüsünde tamamlanan komut da olabilir 50 saat döngüsünde tamamlanan komut da olabilir, daha karmaşık komutlarda (örneğin kayan nokta sayılar üzerinde işlem yapan komutlar) çok daha fazla saat döngüsü gerekebilir.

Tabi zamanla işlemcilerin komut setleri karmaşıklaştıkça, bu tek saat döngüsünde makina dili komutunun tamamlanması garantisi biraz sulandırıldı. Artık günümüzde RISC işlemci demek, makina dili komutlarını ÇOK AZ sayıda saat döngüsünde tamamlayan işlemci anlamına geliyor.

Şimdi bu tip işlemcilere birer örnek verelim:

RISC: Microchip PIC, Atmel AVR, MIPS, Motorola PowerPC, ARM ailesi, birçok DSP

CISC: Hepimizin masaüstü bilgisayarlarda kullandığımız x86 ve x86_64 tabanlı işlemcileri örnek verebiliriz. Bu işlemcilerin üreticileri de bilindiği üzere Intel ve AMD dir. Bunun dışında Amiga bilgisayarlarda kullanılan Motorola'nın 680xx serici işlemciler ve başka daha az bilinen örnekler de verilebilir.

 

[taydin]

Şimdi RISC işlemciler hangi durumlarda tercih edilir bakalım

1) DİJİTAL SİNYAL İŞLEME: Dijital sinyal işlemede kullanılan mikroişlemcilerin (DSP) çok büyük bir çoğunluğu RISC mimarisi kullanır. Bunun da nedeni, DSP'lerde verilerin gerçek zamanda alınıp üzerlerinde işlem yapılıp çok kısa sürede çıktı üretme ihtiyacı. Bu ihtiyacı karşılamak için CISC'lerdeki karmaşık ve kapsamlı komut setinin sağladığı ilave bir fayda yoktur. Çok daha basit bir komut seti, ama her komut çok kısa sürede tamamlanması çok daha arzu edilen birşeydir.

2) DÜŞÜK GÜÇ SARFİYATI: RISC işlemcilerde makina dili komut yapısı daha ilkeldir ve bu basitlik de mimariye yansır. Basit bir mimari, daha az gömülü transistör demek ve dolayısıyla çok daha düşük güç sarfiyatı demek.

3) DÜŞÜK MALİYET: RISC işlemcilerde mimarinin basitliği, daha basit bir çip üretme sürecinin kullanılmasına izin verir, bu da maliyeti oldukça düşürür.

 

[taydin]

Burada şunu belirtmekte fayda var. RISC işlemcinin kullanılabildiği bütün uygulamalarda, uygun bir seçim yapıldığında CISC işlemciler de kullanılabilir. Ama ortaya çıkan ürünün maliyeti, CISC işlemci ile çok daha yüksek olacaktır.

Sonuç olarak, günümüzde tasarladığımız elektronik kartlarda veya gömülü sistemlerde genelde RISC mimariye sahip işlemciler seçmeye gayret ederiz. Ne zaman CISC kullanırız? Eğer yaptığımız sistemin içinde Windows çalışması gerekiyorsa, uygun fiyatlı bir CISC işlemci seçmek avantajlı olur, çünkü Windows'un çalıştığı işlemci çeşidi fazla değildir. Windows başka işlemcilere de port edildi, ama en yaygın kullanıldığı işlemciler CISC olan Intel ve AMD bazlı işlemcilerdir. Veya yaptığımız gömülü sistemde üst seviyede bir kayan nokta sayı işleme performansı gerekiyorsa, veya çok sayıda işlemci çekirdeği kullanarak yüksek oranda paralelizasyon gerekiyorsa, veya genel olarak bir masaüstü sistemden beklenen işlevsellik tasarladığımız gömülü sistemden de bekleniyorsa, CISC işlemci kullanmalıyız.

 

[Omega]

@taydin hocam DSP entere edilmiş amplifikatör videoları seyrettim .Adamlar neredeyse 75 cm2 lik alanda 100W lık ampliler imal etmişler.Bu kadar küçük alanda bu güce nasıl ulaşıyorlar ayrıca DSP kısmı sesin kaliteli filtre edilmesi(Gain,frequency range,low pass filter range vs ) içinmi kullanılıyor yoksa çıkış gücünü iyileştirme yönünde bir faydasıda oluyormu?

Benim ses için DSP den anladığım birkaç firmanın chipine -C dili ile sanırım ,başka dillerde olabilir-kodların yüklenmesi potansiyometre vb şeylerle ayarlanması diye biliyorum.

 

[taydin]

@taydin hocam DSP entere edilmiş amplifikatör videoları seyrettim .Adamlar neredeyse 75 cm2 lik alanda 100W lık ampliler imal etmişler.Bu kadar küçük alanda bu güce nasıl ulaşıyorlar ayrıca DSP kısmı sesin kaliteli filtre edilmesi(Gain,frequency range,low pass filter range vs ) içinmi kullanılıyor yoksa çıkış gücünü iyileştirme yönünde bir faydasıda oluyormu?

Benim ses için DSP den anladığım birkaç firmanın chipine -C dili ile sanırım ,başka dillerde olabilir-kodların yüklenmesi potansiyometre vb şeylerle ayarlanması diye biliyorum.

Çok küçük bir devre ile büyük ses gücü elde ediliyorsa orada "Class D" tipi bir amfi sözkonusudur. Bu tip amfilerde DSP de oluyor, çünkü PWM çıkışın en uygun bir şekilde sürülmesi için ses sinyali üzerinde bazı değişiklikler yapılıyor.

 

[ercanersoy]

RISC-V adında açık standart olmuş bir RISC işlemci mimarisi daha var. Günümüzde bu mimariden sistemler piyasada bulunuyor.

https://riscv.org/