رایانه کم دستور

رایانه کم دستور (به انگلیسی: Reduced instruction set computer) با کوته‌نوشت ریسک (به انگلیسی: RISC، ‎/rɪsk/‎)، یک نوع معماری ساخت ریزپردازنده است. یک رایانه RISC به جای مجموعه بزرگی از دستورالعمل های پیچیده و تخصصی ، مجموعه ای کوچک از دستورالعمل های ساده و عمومی دارد. وجه تمایز اصلی معماری RISC این است که مجموعه دستورالعمل با استفاده از تعداد زیادی رجیستر و یک خط لوله دستورالعمل بسیار منظم بهینه شده است که این امر باعث می شود تا تعداد کمی سیکل ساعت به ازای هر دستورالعمل (به انگلیسی: CPI) داشته باشیم. یکی دیگر از ویژگی های معمول RISC ، معماری بارگذاری/ فروشگاه (به انگلیسی: load/store) است ، که در آن از طریق دستورالعمل های خاص و نه به عنوان بخشی از اکثر دستورالعمل ها، به حافظه دسترسی پیدا می کنیم.

انواع مختلفی از طرح های RISC شامل ARC، Alpha، Am29000، ARM، Atmel AVR، Blackfin، i860، i960، M88000، MIPS، PA-RISC، Power ISA (شامل PowerPC) ، RISC-V ، SuperH و SPARC است. استفاده از پردازنده های معماری ARM در تلفن های هوشمند و رایانه های لوحی مانند iPad و دستگاه های Android زمینه کاربری گسترده ای را برای سیستم های مبتنی بر RISC فراهم کرده است. همچنین از پردازنده های RISC در ابر رایانه هایی مانند Summit استفاده می شود که از ژانویه سال 2020 سریعترین ابر رایانه جهان است که در پروژه TOP500 رتبه بندی شده است.

دانشمند رایانه دیوید پترسون در سال ۲۰۱۷ به همراه جان هنسی، جایزه تورینگ را برای کار مشترکشان در توسعه‌دادن معماری رایانه کم‌دستور (ریسک/RISC) دریافت کردند.

تاریخچه و توسعه

طراحی موتور محاسبات اتوماتیک (ACE) آلن تورینگ در سال 1946 بسیاری از ویژگی های معماری RISC را داشت. تعدادی از سیستم ها ، که به دهه 1960 باز می گردد ، به عنوان اولین معماری RISC شناخته شده اند ، که بخشی از آن بر اساس استفاده از رویکرد بار / فروشگاه است. اصطلاح RISC توسط دیوید پاترسون از پروژه Berkeley RISC ابداع شده است ، اگرچه قبلاً مفاهیم تقریباً مشابهی ظاهر شده بودند.

از سال 2010 ، معماری مجموعه جدید منبع باز (ISA) ، RISC-V ، در دانشگاه کالیفرنیا ، برکلی ، برای اهداف تحقیقاتی و به عنوان یک جایگزین رایگان برای ISA های اختصاصی در دست توسعه است. از سال 2014 ، نسخه 2 فضای کاربر ISA ثابت است. ISA به گونه ای طراحی شده است که از یک هسته barebones قابل استفاده باشد و برای یک پردازنده کوچک تعبیه شده تا استفاده از رایانه های رایانه ای و ابری با استفاده از پسوندهای تعریف شده و پردازنده های تعریف شده و تراشه ها ، قابل استفاده باشد. این آزمایش در طراحی سیلیکون با ROCKET SoC انجام شده است که به عنوان یک ژنراتور پردازنده منبع باز به زبان CHISEL نیز موجود است.

اولین پروژه مبتنی بر معماری ریسک در اواخر دهه ۷۰ و اوایل دهه ۸۰ میلادی توسط شرکت آی‌بی‌ام، دانشگاه استانفورد و دانشگاه برکلی آغاز شد. در آن دوره معماری میپس[1] از دانشگاه استانفورد و نسخه‌های ۱ و ۲ پروژه ریسک از دانشگاه برکلی، همگی بر پایهٔ یک فلسفه بنا شده بودند که بعداً به عنوان معماری ریسک شناخته شد و در خواص زیر مشترک بودند:

  • زمان اجرای یک چرخه ای
  • استفاده از روش خط لوله‌ای
  • تعداد زیاد ثبات ها

مقایسه با سایر معماری ها

برخی از CPU ها به طور خاص طراحی شده اند تا مجموعه ای از دستورالعمل های بسیار کمی داشته باشند - اما این طراحی ها با طرح های کلاسیک RISC بسیار متفاوت است ، بنابراین به آنها اسامی دیگری از قبیل رایانه تنظیم حداقل دستورالعمل (MISC) یا معماری محرک (TTA) داده شده است.

معماری RISC به طور سنتی در بازارهای رایانه رومیزی و سرورهای کالا ، موفقیت های کمی داشته است ، جایی که سیستم عامل های مبتنی بر x86 همچنان معماری اصلی پردازنده هستند. با این حال ، ممکن است این تغییر کند ، زیرا پردازنده های مبتنی بر ARM برای سیستم های با کارایی بالاتر تولید می شوند. تولیدکنندگانی از جمله Cavium ، AMD و Qualcomm پردازنده های سرور را بر اساس معماری ARM منتشر کرده اند. ARM همچنین در سال 2017 با Cray در تولید ابر رایانه مستقر در ARM همکاری می کند. مایکروسافت در دسک تاپ اعلام کرد که قصد دارد از نسخه رایانه شخصی ویندوز 10 در دستگاه های مبتنی بر کوالکام اسنپدراگون در سال 2017 به عنوان بخشی از همکاری این شرکت با کوالکام پشتیبانی کند. این دستگاه ها از طریق یک شبیه ساز پردازنده x86 از نرم افزار Win32 مبتنی بر x86 پشتیبانی می کنند.

با این وجود ، در خارج از عرصه دسک تاپ ، معماری ARM RISC در تلفن های هوشمند ، تبلت ها و اشکال بسیاری از دستگاه تعبیه شده کاربرد گسترده ای دارد. همچنین این مورد وجود دارد که از زمان پنتیوم پرو (P6) ، اینتل از هسته پردازنده داخلی RISC برای پردازنده های خود استفاده کرده است.

در حالی که طرحهای اولیه RISC با طرحهای CISC معاصر تفاوت چشمگیری داشتند ، تا سال 2000 CPU های با بالاترین عملکرد در خط RISC تقریباً از بالاترین عملکرد پردازنده های خط CISC غیر قابل تشخیص بودند.

استفاده از معماری RISC

معماری RISC هم اکنون در طیف وسیعی از سیستم عامل ها استفاده می شود ، از تلفن های هوشمند و رایانه های لوحی گرفته تا برخی از سریعترین ابر رایانه های جهان مانند Summit ، سریعترین در لیست TOP500 تا نوامبر 2018.

سیستم های کم مصرف و موبایل

با آغاز قرن بیست و یکم ، اکثر سیستم های کم مصرف و موبایل به معماری RISC اعتماد داشتند. مثالها عبارتند از:

معماری ARM بر بازار سیستم های جاسازی شده کم مصرف و کم هزینه (به طور معمول 200-1800 مگاهرتز در سال 2014) حاکم است. در تعدادی سیستم مانند اکثر سیستم های مبتنی بر Android ، Apple iPhone و iPad ، Microsoft Windows Phone (Windows Mobile سابق) ، دستگاه های RIM ، Nintendo Game Boy Advance ، DS ، 3DS و Switch ، Raspberry Pi و غیره استفاده می شود.

از PowerPC IBM در کنسول های بازی GameCube ، Wii ، PlayStation 3 ، Xbox 360 و Wii U استفاده شده است.

خط MIPS (در یک مقطع مورد استفاده در بسیاری از رایانه های SGI) در کنسول های بازی پلی استیشن ، پلی استیشن 2 ، نینتندو 64 ، پلی استیشن قابل حمل و دروازه های مسکونی مانند سری های Linksys WRT54G مورد استفاده قرار گرفت.

SuperH Hitachi ، در اصل در Sega Super 32X ، Saturn و Dreamcast مورد استفاده گسترده قرار گرفته بود ، هم اکنون توسط Renesas به عنوان SH4 تولید و فروخته شده است.

Atmel AVR در محصولات مختلفی از کنترلرهای دستی Xbox و سکوی میکروکنترلر منبع باز آردوینو گرفته تا خودروهای BMW استفاده می شود.

RISC-V ، پنجمین منبع باز برکلی RISC ISA ، دارای فضای آدرس 32 یا 64 بیتی ، یک مجموعه دستورالعمل کوچک عدد صحیح هسته و یک ISA آزمایشی "فشرده" برای تراکم کد و برای پسوندهای استاندارد و خاص طراحی شده است.

ایستگاه های کاری ، سرورها و ابر رایانه ها

MIPS توسط Silicon Graphics (ساخت سیستم های مبتنی بر MIPS در سال 2006 متوقف شد).

SPARC ، توسط اوراکل (سان مایکروسیستمز سابق) و فوجیتسو بودند.

IBM's IBM POWER مجموعه معماری ، PowerPC و Power ISA را که مشهورترین کاربرد آن در بسیاری از مدل های رایانه ای Macintosh است تا اواخر سال 2005 و در بسیاری از ابر رایانه های IBM ، سرورهای میان رده و ایستگاه های کاری مشهور است.

PA-RISC های Hewlett-Packard ، همچنین با عنوان HP-PA شناخته می شود (در پایان سال 2008 قطع شد).

آلفا ، در رایانه های تک بورد ، ایستگاه های کاری ، سرورها و ابر رایانه های شرکت تجهیزات دیجیتال ، سپس Compaq و سرانجام HP (که از سال 2007 قطع شد) استفاده می شود.

RISC-V ، منبع باز پنجم برکلی RISC ISA ، دارای فضای آدرس 64- یا 128 بیتی ، و هسته عدد صحیح با نقطه شناور ، اتمی و پردازش بردار گسترش یافته و طراحی شده است که با دستورالعمل های مربوط به شبکه ، I / O ، گسترش می یابد. و پردازش داده ها یک طرح فوق العاده 64 بیتی با عنوان "موشک" برای بارگیری در دسترس است.

جستارهای وابست

پانویس
  1. MIPS

منابع
  • «وب‌گاه دانشکده علوم کامپیوتر دانشگاه استانفورد». بایگانی‌شده از اصلی در ۱۰ ژوئن ۲۰۰۷. دریافت‌شده در ۲۲ شهریور ۱۳۸۷.
  • «مقاله Risc در وب‌گاه ویکی‌پدیای انگلیسی». دریافت‌شده در ۱۴ خرداد ۱۳۹۹.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.