Prozessorgeflüster - No RISC no Fun

Fast jeder von uns hat einen, aber nur die wenigsten wissen, dass sie einen haben, oder was das überhaupt ist...
Es geht um RISC Prozessoren. Viele fragen sich jetzt vielleicht: "Was soll das denn bitte sein?", aber ein kleiner Blick in den Alltag wird zeigen, wo sich dieses kleine Wunderwerk der Technik versteckt.

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Aber zunächst mal ein kleiner Einstieg in die Grundlagen.
Das Wort Prozessor werden die meisten zumindest schon mal gehört haben.
Bei einem Prozessor handelt es sich um eine aus Transistoren bestehende Recheneinheit, die meist für die Verarbeitung von Daten zuständig sind. Am populärsten sind diese aus der Computerbranche, in der der Prozessor das Herzstück jedes Computers stellt und die ganzen Berechnungen durchführt.
In der Computerbranche wird der Markt von Intel und AMD dominiert, die Prozessoren herstellen und zusammen 99,5% des Computer-Prozessor-Marktes bedienen.
Diese Computerprozessoren werden auch x86 Prozessoren genannt, basierend auf einer alten Generation von Intel Prozessoren die die Numme 80X86 trugen, wobei das X immer je nach Generation erhöht wurde: 80086, 80186, 80286 usw.
Seitdem ist viel Zeit vergangen und Intel ist mit Abstand der Marktführer für Computer Prozessoren geworden. Dies lag nicht zuletzt an der Kooperation von Intel und IBM so wie einiger verpassten Chancen der Konkurrenz.

Diese Prozessoren von Intel und AMD haben alle eins gemeinsam: Sie basieren auf der sogenannten CISC Architektur. CISC steht für Complex Instruction Set Computer was soviel heißt wie Computer mit komplexem Befehlssatz. Dieser Name resultiert daraus, dass dieser Prozessortyp mit komplexen Befehlen arbeitet. Diese Befehle werden zum Beispiel benötigt, um Werte zu berechnen, Dateien zu bewegen, Dateien einzulesen oder auszugeben etc. Bei einem komplexen Befehl werden mehrere dieser Grundbefehle zu einem großen Befehl, der häufig gebraucht wird, zusammengeschlossen. Diese komplexen großen Befehle sind im Prozessor gespeichert. Muss der Prozessor nun etwas berechnen, greift er auf einen dieser Befehle zurück und führt die Berechnung aus.

Das Gegenstück zu dieser CISC Architektur ist die RISC Architektur.
RISC steht für Reduced Instruction Set Computer, also Computer mit reduziertem Befehlssatz. In einem RISC Prozessor werden hauptsächlich nur die einfachen (reduzierten) Grundbefehle gespeichert. Diese Grundbefehle werden dann je nach Notwendigkeit hintereinander ausgeführt.

Dazu mal ein stark vereinfachtes Beispiel:
Es soll 3x5+4 berechnet werden.

Ein CISC Prozessor kann die komplexe Multiplikation und das 3x5 ausrechen.
3x5 = 15; 15+4 = 19.
So kommt er in 2 Schritten zum Ergebnis.

Ein RISC Prozessor kennt den den komplexen Multiplikationsbefehl nicht und muss auf die einfache Addition zurückgreifen.
=> 5+5+5+4
5+5 = 10; 10+5 = 15; 15+4 = 19.
Somit braucht der RISC Prozessor 3 Schritte bis zum Ergebnis.

Oder um es als Informatiker auszudrücken:



Man sollte nun meinen, dass der RISC Prozessor aufgrund der Schritte, die er für das selbe Ergebnis mehr benötigt, langsamer sein sollte. Jedoch hat der CISC Prozessor den enormen Nachteil, dass die komplexen Befehle zuerst dekodiert und in Mikrobefehle zerlegt werden müssen um vom Prozessor ausgeführt zu werden. Die einfachen Befehle des RISC Prozessors können jedoch direkt ausgeführt werden.



Diese Dekodierung und Zerlegung vor jedem Befehl ist so zeitaufwändig, dass der RISC Prozessor bei gleicher Leistung deutlich schneller zum Ergebnis kommt, als der CISC Prozessor. Und dabei brauchen sie noch deutlich weniger Energie.

Nun wird den meisten Menschen der Begriff RISC jedoch nicht wirklich viel sagen, obwohl sie überall um uns rum zu finden sind.
Dann vielleicht diese Herstellernamen?: ARM, Qualcomm, Texas Instruments, Samsung
Immer noch nicht? Dann vielleicht die Endprodukte: Apple iPhone, Apple iPad, Samsung Galaxy, Nokia Lumia, HTC One, Raspberry Pi, Wecker, Fernseher, Automaten...
Überall (abgesehen von PCs, Laptops und Servern) werden inzwischen RISC Prozessoren verbaut. Und es dürfte nicht mehr lange dauern, bis sie diesen Markt auch bewandern.

Wenn also das nächste mal jemand kommt und die Leistung eines PC (CISC) Prozessors, mit der eines Smartphones (RISC) vergleicht, könnt ihr ihn ja mal aufklären, dass sein PC noch die Befehle dekodiert, während das Smartphone schon fertig mit der Berechnung ist.

Dies war natürlich nur ein stark vereinfachter Einblick.
Allen, die sich tiefer mit der Materie befassen wollen, kann ich diesen Artikel hier empfehlen:
http://www.bernd-leitenberger.de/cisc-risc.shtml

und wieder was gelernt

@bo freut mich.

Ich weiß nicht ob es daran liegt, dass mir das Prinzip vertraut ist, aber ich denke das käme mir echt verständlich vor, wenn es nicht so wäre.
Guter Überblick.

ne frage dazu:
wären diese auch fürs GAming geeignet?
und könntest du dir irgendwann ne Konsole mit RISC CPU vorstellen?

@Ferraristo
prinzipiell kann man auf den RISC Prozessoren genau so zocken wie auf CISC Prozessoren.
Die PS3 zum Beispiel hatte ja den CELL Prozessor verbaut. Dieser besitzt einen PowerPC Kern, welche wiederum auf einer erweiterten RISC Architektur basieren.

Weitere Geräte, die einen Power PC Prozessor verbaut hatten waren d-box 2 (PPC823), die Dreambox (PPC405), Nintendo GameCube, Wii, WiiU und Xbox 360.

Außerden gibt es ja auch die Ouya. Diese hat einen Nvidia Tegra 3 SoC verbaut mit einer Quad-core ARM Cortex-A9 CPU.

Also eigentlich ist die aktuelle Konsolengeneration die erste, die seit langem kein RISC mehr verbaut hat.

hmm ich wusste garnicht, dass der CELL ein RISC CPU ist
sehr intressant zu wissen, danke