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Computertechnik-Fibel

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CISC und RISC

CISC und RISC sind unterschiedliche Konzepte für Computer oder Prozessoren. CISC steht für einen Prozessor, der einen umfangreichen Befehlssatz hat. Dem gegenüber steht RISC für einen Prozessor, der einen reduzierten Befehlssatz hat.

Es finden immer wieder Diskussionen mit der zentralen Fragestellung statt, ob CISC- oder RISC-Prozessoren überlegener sind. Doch es kommen sehr viele Faktoren zusammen, die die Effizienz und Performance eines Prozessors beeinflussen. Die Unterschiede zwischen CISC und RISC spielen hierbei nur eine akademische Rolle.
Früher hat man bei Prozessoren zwischen CISC und RISC unterschieden. Doch heute haben moderne Prozessoren mit diesen alten Konzepten keine Gemeinsamkeiten mehr. Um einen modernen Prozessor als CISC- oder RISC-Prozessor bezeichnen zu können, müsste man dessen Inneres genauer analysieren.

Klassische RISC-Prozessoren werden hauptsächlich in Smartphones und Tablets eingesetzt. Die ARM-Architektur ist ein typischer Vertreter. Intel- und AMD-Prozessoren werden als typische CISC-Prozessoren verstanden, die intern aber auch mit RISC-artigen Strukturen arbeiten.

CISC - Complex Instruction Set Computing

CISC steht für Complex Instruction Set Computing. Der CISC-Prozessor zeichnet sich durch einen großen Befehlsumfang und komplexe Adressierungsmöglichkeiten aus. Obwohl ein umfangreicher Befehlssatz zur Verfügung steht, werden in der Praxis nur wenige Befehle und Adressierungen verwendet. Weil nur wenige Teile des Prozessors verwendet werden ist das äußerst ineffizient.
Funktionsprinzip eines CISC-Prozessors
Jeder Befehl hat einen eigenen Mikrocode im ROM-Speicher des CISC-Prozessors. Bei jedem Befehlsaufruf wird von der Dekoder-Einheit der Befehl in den Maschinenbefehl, die Adressierungsart, die Adressen und die Register aufgeteilt. Danach werden daraus kleine Anweisungen, der Mikrocode, an den Nanoprozessor geschickt. Das ist ein Prozessor im Prozessor, der den Mikrocode in seinen komplexen Schaltkreisen ausführt. Der Mikrocode wird der Reihe nach ausgeführt. Alle anderen Anweisungen müssen solange warten. Erschwerend kommt hinzu, dass der interne Bus die gesamte CPU beim Speicherzugriff ausbremst.
Diese Vorgehensweise ist leider sehr langsam, weil der Mikrocode mehrere Arbeitsschritte benötigen, was sehr viel Zeit kostet. CISC-Prozessoren benötigen in der Regel vier bis zehn Takte, bis ein Befehl komplett ausgeführt ist.

Untersuchungen in den 70er Jahren ergaben, dass etwa 80% aller Berechnungen einer typischen Anwendung mit etwa 20% der im Prozessor vorhandenen Befehle ausgeführt wird. Außerdem sind für viele Berechnungen immer die gleichen Befehlsfolgen erforderlich. Diese Erkenntnisse führten zu der Entwicklung des RISC-Prozessors.

RISC - Reduced Instruction Set Computing

RISC steht für Reduced Instruction Set Computing. Übersetzt ist das ein Computer (Prozessor) mit einem reduzierte Befehlssatz, der nur wenige elementare Befehle enthält. Die meisten Befehle können innerhalb weniger Taktzyklen ausgeführt werden. Wenige und einfache Befehle haben einen einfacheren Prozessoraufbau zur Folge, in dem sich einfache digitale Schaltungen befinden und dessen Befehle (im Steuerwerk) fest verdrahtet sind. Dabei setzt man auf unabhängige Verarbeitungseinheiten, mehrere getrennte interne Bussysteme und Parallelverarbeitung der Befehle.
Alle RISC-Befehle haben das gleiche Format und es gibt nur eine Möglichkeit sie zu laden oder zu speichern. Weil sie nicht in kleinere Mikrocodes dekodiert werden müssen, sind RISC-Befehle viel schneller geladen als CISC-Befehle.
Praktisch ist heute jeder Prozessor ein RISC-Prozessor oder er hat zumindest RISC-Elemente in sich.
RISC-Prozessoren sind im wesentlichen billiger herzustellen, kleiner und von der Verschaltung her überschaubarer.

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