CISC-Prozessor

CISC-Prozessor

 

[Abk. für Complex Instruction Set Computer, dt. »Computer mit komplexem Befehlssatz«], ein Prozessor, der durch einen umfangreichen Befehlssatz (200-400 Maschinenbefehle) charakterisiert ist - im Unterschied zu den deutlich beschränkteren Befehlssätzen von RISC-Prozessoren. Weitere Kennzeichen von CISC-Prozessoren sind die Umsetzung der Prozessorbefehle durch Mikroprogramme, die im ROM des Prozessors gespeichert sind, und mehrere Arten der Adressierung. Die meisten Computer der zweiten und dritten Computergeneration liefen typischerweise mit CISC-Prozessoren, z. B. die Prozessoren der Familien 80x und x86 von Intel oder die 680x0 von Motorola. Bei modernen Prozessoren, etwa für die Pentium-Rechner, sind die Befehlssätze teilweise wieder reduziert.

 

Ausgangspunkt der Aufblähung des Prozessorbefehlssatzes bei den Rechnern der zweiten Computergeneration waren die langsamen Hauptspeicherzugriffe, welche die Prozessorgeschwindigkeit bremsten (damals konnte der Hauptspeicher noch nicht voll in Halbleitertechnologie realisiert werden). Daher fasste man immer wiederkehrende Folgen von Befehlen in Komplexbefehlen zusammen. Mit diesen ließen sich Programme besonders kurz und effizient in Maschinensprache schreiben. Entsprechend entwickelte man die Befehlssätze nach dem Kriterium kompakter (Speicherplatz sparender) Programmierung, was insbesondere zu nicht einheitlichen Befehlslängen führte. Ausgeführt wurden Komplexbefehle dann nicht über den Hauptspeicher, sondern über ein wesentlich schnelleres Prozessor-ROM, das die Mikroprogramme enthielt, die den Prozessorbefehlen zugeordnet waren. Als nachteilig erwies sich, dass ein komplexer Befehlssatz ein sehr komplexes Steuerwerk bedingte, das viel Chip-Fläche (in der Regel über 50 %) benötigte und damit erhöhte Materialkosten verursachte.

 

Der Geschwindigkeitszuwachs durch neue Maschinenbefehle verringerte sich zum einen durch die Entwicklung von schnellem Hauptspeicher in den 1990er-Jahren, zum anderen dadurch, dass die meisten Programme den Befehlssatz gar nicht effizient ausnutzten. Denn wegen der überwiegenden Nutzung der höheren Programmiersprachen für die Erstellung von Anwendungsprogrammen wurde der ausführbare Code fast ausschließlich durch Compiler erzeugt. Diese nutzen aber nur einen kleinen Ausschnitt des zur Verfügung stehenden komplexen Befehlssatzes.

 

Die Optimierung der Verarbeitungsgeschwindigkeit eines Prozessors für Compiler-erzeugte Programme führte zu einer Reduktion des Befehlssatzes und der Beschleunigung des Maschinenbefehlszyklus durch Pipelining, das eher einfache Maschinenbefehle erfordert.

 

Dennoch erweist sich die Ausweitung des Befehlssatzes manchmal als nützlich, etwa für bestimmte Anwendungen, die im ursprünglichen Befehlssatz nicht genügend berücksichtigt worden sind. So stellte Intel im Jahr 1997 Prozessoren mit 24 neuen Befehlen für Multimediaanwendungen vor (MMX). Geschwindigkeitsvorteile ergeben sich bei einer solchen Befehlserweiterung nur dann, wenn die Programmierer eines Anwendungsprogramms für den entsprechenden Prozessor diese Befehle auch verwenden.