RISC

RISC ‏ (באנגלית: Reduced Instruction Set Computing‏; מילולית: "מחשב עם סט פקודות מצומצם") היא גישה בתכנון מעבדים, שמתמקדת בסט הפקודות של המעבד, אך מדברת גם על מאפיינים נוספים של תכנון המעבד, בנוסף לסט הפקודות.

היסטוריה

באמצע שנות השבעים של המאה ה-20, התנהלו מחקרים במעבדות המחקר של IBM ובמקומות אחרים במטרה למצוא דרכים לשיפור הביצועים של מחשבים. במסגרת המחקרים בדקו החוקרים באיזו מידה פקודות ואופני מיעון ("Addressing Modes") שונים נמצאים בשימוש בתוכניות מחשב.
המחקרים העלו שחלק מאופני המיעון והפקודות המסובכים ביותר, (אשר מימושם צרך חלק גדול יחסית מחומרת המחשב), אינם נמצאים בשימוש כלל, או כמעט בכלל. בנוסף, התברר כי במקרים רבים, אופני המיעון והפקודות המסובכים ביותר וממומשים במיקרוקוד יעילים פחות מקטעי קוד קצרים המבצעים אותן פעולות ומבוססים על פקודות פשוטות יותר. דוגמה בולטת לפקודה ממומשת במיקרוקוד שיעילותה פחותה מקוד שיוצר במהדר היא הפקודה INDEX במיני-מחשב VAX של חברת דיגיטל (DEC).
בנוסף, מחקרים אחרים הצביעו על דרכים נוספות לשפר את ביצועי המחשב על ידי פישוט והאחדה של סט הפקודות. מהמחקרים האלו ומסקנותיהם צמחו כמה עקרונות תכנון שקיבלו את השם הקבוצתי RISC, אם כי סך כל העקרונות מדבר על מאפיינים נוספים בתכנון המעבד, ולא רק על סט הפקודות.
החל מאמצע ועד סוף שנות השבעים פורסמו בעיתונות המקצועית של מדעי המחשב מאמרים המתארים את הגישה החדשה לתכנון מעבדים, ומתחילת שנות השמונים של המאה ה-20 הופיעו בשוק מעבדים המיישמים עקרונות אלו. 
מעבדים אלו אכן הוכיחו על ידי ביצועים משופרים מצד אחד, ועלויות חומרה מופחתות מצד שני שגישת ה-RISC בתיכון מחשבים היא אכן גישה מוצלחת, וכיום יש מעבדים רבים שמיישמים את עקרונות ה-RISC בחלקם או במלואם.
כדי להבחין בין מעבדים המיישמים את עקרונות ה-RISC לאלו שאינם כאלו, נהוג לכנות את הקבוצה השנייה CISC ‏("Complex Instruction Set Computing", מילולית "מחשבים עם סט פקודות מורכב").
ההצלחות של עקרונות ה-RISC הביאו חוקרים שונים להציע גישות מתחרות כמו "VLIW",‏ "MISC"‏, "OISC" ועוד.
במקביל, מתכנני מעבדים שלא מיישמים את גישת ה-RISC במלואה החלו להטמיע חלקים ופרטים מסוימים מעקרונות ה-RISC למעבדים החדשים, עד שבימינו קווי הגבול בין מעבדים שנחשבים ל-RISC ואלו שאינם כאלו מיטשטשים והולכים.

מאפיינים נוספים הקשורים ל-RISC

מאפיינים אלו אינם קשורים בהכרח ל-RISC, אך הם מופיעים בהרבה מעבדים הנחשבים ל-RISC, או רק במעבדי RISC.

חיזוי הסתעפות

אחת הפקודות שכל מעבד תומך בהן היא "קפיצה מותנית": פקודה זו בודקת תנאי מסוים (למשל אם התוכן של אוגר א' גדול מתוכנו של אוגר ב'), ואם התנאי מתקיים המעבד "קופץ", כלומר הפקודה הבאה שהמעבד מבצע אינה הפקודה שרשומה בזיכרון בכתובת הבאה, אלא פקודה שנמצאת בכתובת אחרת, שהיא אחד הפרמטרים של הקפיצה המותנית.
פקודה זו יוצרת "שבירה" בצינור עיבוד הנתונים (כי הכתובת הבאה לטעינה אינה ידועה עדיין) וכתוצאה מכך מפסידים זמן ביצוע. חיזוי הקפיצות היא טכניקה שמאפשרת למעבד "להציץ" קדימה בצינור עיבוד הנתונים ולזהות שאחת הפקודות הבאות היא קפיצה מותנית. בשלב זה המעבד עדיין לא יכול לבדוק את התנאי, אבל לפי היוריסטיקה מסוימת המעבד מחליט האם סביר יותר שהקפיצה תתבצע או לא, ולפי החלטה זו עשוי לשנות את ההתנהגות - למשל הפקודה הבאה שמוזנת לצינור עיבוד הנתונים יכולה להיות מהכתובת החדשה. יש לציין כי החלטה שגויה לא תגרום לטעות בהרצת התכנה, אלא לכל היותר פגיעה מסוימת בביצועים משום שאם המעבד לא מצליח לשמור את צינור עיבוד הנתונים מלא, משמעות הדבר היא שהוא "עובד על ריק" למשך מספר מחזורי שעון.

ביצוע פקודות שנמצאות אחרי פקודת קפיצה

טכניקה זו ("branch delay"), כמו קודמתה, מיועדת לצמצם את המחיר של קפיצות שנובע מהצורך להשליך את תוכן צינור עיבוד הנתונים בקפיצה. העיקרון עליו מבוססת הטכניקה הוא סידור מחדש של הפקודות על ידי המהדר, כך שהפקודה שקודמת לפקודת הקפיצה מועברת, אם הדבר אפשרי, אל אחרי פקודת הקפיצה. אם אי אפשר, הפקודה מיד אחרי פקודת הקפיצה נשארת ריקה (NOP). המעבד מבצע את הפקודה שאחרי הקפיצה המותנית בין אם הקפיצה התבצעה (כלומר התנאי התקיים) ובין אם לאו, ובאופן כזה מנוצל מחזור שעון שאחרת היה מבוזבז במקרה שהקפיצה מתבצעת. המחיר של שימוש בטכניקה זו היא שבמקרים שלא ניתן לסדר מחדש את הפקודות "מתבזבזת" פקודה אחת (הפקודה הריקה) במקרה שלא מתבצעת קפיצה. יש מעבדים בהם מבוצעות שתי הפקודות הבאות אחרי פקודת הקפיצה.

חלון אוגרים

שימוש באוסף פיזי גדול יותר של אוגרים, אשר רק חלק קטן מהם זמין בפועל. כאשר קוראים לשגרה, היא מקבלת לא רק זיכרון מקומי על המחסנית, אלא גם אוסף חדש של רגיסטרים. לכן היא יכולה להשתמש בהם ביעילות.
טכניקה זו היא בשימוש במספר קטן יחסית של מעבדים: SPARC וכן מעבדי i960 של אינטל ו־AMD 29000. בדיעבד הסתבר שהיא בעייתית במערכת הפעלה הפועלת בשיטת ריבוי משימות.

המבשר

המחשב CDC 6600, הנחשב למחשב-על הראשון (תוכנן ב-1966 על ידי סימור קריי בחברת CDC), מימש את רוב אם לא כל עקרונות ה-RISC, וזאת כעשור לפני שעקרונות ה-RISC נוסחו ולפני שהמונח RISC הומצא. כיון שהיה זה מחשב על לא מיד הבינו מתכנני מחשבים אחרים שניתן ליישם עקרונות דומים גם עבור מעבדים קטנים ופשוטים יותר, והשפעתו של ה-6600 על תיכון מעבדים ומחשבים אחרים הייתה מוגבלת, אם כי ברור שהחוקרים שניסחו את עקרונות ה-RISC היו מודעים לעבודתו של קריי. בתעשיית המחשבים נוהגים להתלוצץ ולומר ש-RISC פירושו למעשה "Really Invented by Seymour Cray" (כלומר "בעצם הומצא על ידי סימור קריי").

VLIW

VLIW ‏ (Very Long Instruction Word) היא גישה בתיכון מעבדים שמשתמשת במילת פקודה ארוכה מאד, כאשר כל פקודה (או לפחות רוב הפקודות) מבצעת מספר פעולות במקביל. ארכיטקטורה זו חושפת בISA את יחידות הביצוע במעבד, כך שבכל פקודה, מקודדים את הפעולה עבור כל אחת מיחידות הביצוע.

Writable Control Store

זו גישה במעבדים מבוססי מיקרוקוד, המאפשרת לתוכנה לטעון חלק מהמיקרוקוד באופן דינמי.