Czym różnią się procesory RISC i CISC?

Jeśli jesteś entuzjastą technologii, być może słyszałeś słowa Komputer o zredukowanych zestawach rozkazów (RISC) i Komputer o złożonych zestawach rozkazów (CISC). A jeśli wiesz trochę o komputerach, możesz również wiedzieć, że te terminy odnoszą się do różnych sposobów projektowania procesora.

Na przykład procesor ARM w telefonie ma architekturę RISC. Natomiast procesor x86 w twoim komputerze ma konstrukcję CISC.

Ale jaka jest różnica między RISC a CISC? Zagłębmy się trochę głębiej i dowiedzmy się.

Co to jest zestaw instrukcji?

Ilekroć mówimy o różnych projektach jednostek centralnych (CPU), jedną z rzeczy, o których musimy mówić, jest zestaw instrukcji.

Zestaw instrukcji procesora to zestaw operacji, które procesor może wykonywać natywnie. Są to operacje, które są zakodowane w CPU na poziomie sprzętowym. Ten zestaw może zawierać od kilku do tysięcy instrukcji, w zależności od konstrukcji procesora.

Innymi słowy, procesor nie może wykonać żadnej operacji, która wykracza poza jego zestaw instrukcji, ponieważ nie ma do tego sprzętu.

Użyjmy analogii, aby lepiej to zrozumieć. Weźmy na przykład żarówkę. Producent żarówki zaprojektował żarówkę do zamiany energii elektrycznej na światło. A żarówka może to zrobić, ponieważ sprzęt obsługuje ją natywnie.

W gruncie rzeczy żarówka może tylko zamienić energię elektryczną w światło i nic więcej.

Podobnie zestaw instrukcji procesora to zestaw operacji, które umożliwia sprzęt procesora. Na przykład prawie wszystkie procesory mają instrukcję „Move” w swoim zestawie instrukcji. Instrukcja „Przenieś” pobiera niektóre dane ze źródłowej przestrzeni dyskowej i przenosi je do docelowej przestrzeni dyskowej.

Ilekroć procesor musi przenieść jakieś dane, dokładnie wie, jak to zrobić, ponieważ sprzęt został zaprojektowany z myślą o nim.

W skrócie, zestaw instrukcji zawiera wszystkie operacje, które procesor obsługuje na poziomie sprzętowym.

Jak działa procesor?

Procesor to labirynt obwodów elektrycznych. Te obwody elektryczne są zaprojektowane w określony sposób, aby nadać procesorowi natywny zestaw instrukcji. Tak więc wie tylko, jak wykonać operacje w zestawie instrukcji, ponieważ ma do tego obwody.

Aby procesor wykonał określoną operację, obwód odpowiadający tej operacji jest wyzwalany przez sygnał elektryczny. A gdy obwód zostanie wyzwolony, procesor wykonuje procedurę związaną z tym obwodem.

Aby procesor mógł wykonywać złożone operacje, takie jak wysyłanie tweeta, programy uruchamiają miliony sygnały elektryczne co sekundę, każdy skierowany do określonej instrukcji z zestawu instrukcji set PROCESOR.

Tu właśnie pojawia się koncepcja RIS i CIS.

Co to jest RYZYKO?

Jak sama nazwa wskazuje, procesor oparty na RISC ma uproszczony zestaw operacji. Te uproszczone instrukcje osiągają proste cele i zajmują tylko jeden cykl.

A ponieważ RISC ma proste instrukcje, procesor nie musi mieć skomplikowanych obwodów, aby wykonać te instrukcje. Dlatego też projekty RISC są pod względem sprzętowym tańsze we wdrażaniu.

Związane z: Dlaczego mój telefon działa wolniej niż mój komputer? Smartfon kontra Wyjaśnienie szybkości komputerów stacjonarnych

Aby bardziej szczegółowo zrozumieć procesor RISC, przyjrzyjmy się zasadom projektowania procesorów opartych na RISC.

Po pierwsze, procesory RISC wykonują każdą instrukcję w jednym cyklu.

Po drugie, procesory RISC wykonują operacje tylko na danych przechowywanych w rejestrach. Dzieje się tak, ponieważ jednym z głównych wąskich gardeł w zdolności procesora do wykonywania zadań jest ogromna rozbieżność między szybkością procesora a szybkością pamięci głównej. Główna pamięć jest bardzo wolna w porównaniu do procesora.

Związane z: Szybki i brudny przewodnik po pamięci RAM: co musisz wiedzieć

Tak więc, jeśli procesor musi korzystać z danych przechowywanych w pamięci głównej, spowoduje to wąskie gardło jednostki i proces będzie powolny. W projekcie RISC dane są ładowane i przechowywane w rejestrach procesora, ponieważ rejestry są znacznie bliższe szybkości procesora niż pamięć główna.

Po trzecie, instrukcje RISC są na tyle proste, że nie ma warstwy interpretacyjnego mikrokodu, który tłumaczyłby instrukcje na prostsze formy.

I wreszcie, projekty RISC obsługują potokowanie w celu wykonywania części wielu instrukcji w tym samym czasie. Ponieważ procesory o konstrukcji RISC mają wyższe częstotliwości taktowania, są wyjątkowo szybkie. Pipelining to sposób na wykorzystanie tej szybkości i wykonanie części wielu instrukcji w celu zwiększenia wydajności.

Krótko mówiąc, procesory RISC mają proste instrukcje, wyższe częstotliwości taktowania, wydajną strukturę potokową, operacje ładowania w rejestrach i mogą wykonywać instrukcje w jednym cyklu.

Co to jest CISC?

CISC jest przeciwieństwem RISC w prawie wszystkich kluczowych obszarach. Prawie wszystkie układy do komputerów stacjonarnych mają konstrukcję CISC.

Po pierwsze, instrukcje projektowe CISC są złożone i dlatego wymagają warstwy mikrokodu do przetłumaczenia na instrukcje simpleksowe.

Po drugie, wykonanie instrukcji CISC może zająć wiele cykli procesora.

Po trzecie, potokowanie nie jest tak wydajne w CISC i jest jeszcze trudniejsze do wdrożenia ze względu na złożony charakter instrukcji CISC.

Krótko mówiąc, procesory z architekturą CISC mogą wykonywać wiele operacji w jednej złożonej instrukcji. Jednak wykonanie instrukcji zajmuje wiele cykli, jest trudniejsze w użyciu w potokach i wymaga dużej ilości obwodów na procesorze.

RYZYKO vs. CISC: Kluczowe różnice

Główną różnicą między RISC i CISC jest rodzaj wykonywanych instrukcji.

Instrukcje RISC są proste, wykonują tylko jedną operację, a procesor może je wykonać w jednym cyklu.

Z drugiej strony instrukcje CISC zawierają wiele operacji. Tak więc procesor nie może ich wykonać w jednym cyklu.

Instrukcje są również powodem, dla którego procesory RISC obsługują potokowanie od samego początku, a procesory CISC mają z tym trudniej. Dzięki RISC instrukcje są na tyle proste, że można je wykonywać w częściach. Z CISC jest to trudniejsze ze względu na złożony charakter instrukcji.

Następnie, w przeciwieństwie do RISC, instrukcje CISC mogą działać bezpośrednio z pamięci RAM. Nie ma więc potrzeby wykonywania oddzielnych operacji ładowania/przechowywania w projekcie CISC.

Wreszcie, wymagania sprzętowe dla projektu CISC są wyższe niż dla projektu RISC, ponieważ CISC wymaga wbudowanych skomplikowanych instrukcji w sprzęt CPU. Zasadniczo to, co CISC osiąga za pomocą sprzętu, RISC dąży do osiągnięcia za pomocą oprogramowania.

Dlatego programy przeznaczone dla architektury CISC mają mniej wierszy kodu, ponieważ same instrukcje obsługują wiele operacji.

Istnieją zalety i wady zarówno RISC, jak i CISC

Żaden nowoczesny procesor nie jest całkowicie oparty na RISC lub CISC. Nowoczesne procesory uwzględniają filozofię projektowania obu architektur, aby osiągnąć to, co najlepsze z obu światów. Na przykład architektura x86, której używa AMD, to przede wszystkim CISC, ale ma mikrokod do konwersji złożonych instrukcji na proste instrukcje zredukowane podobne do RISC.

Tak więc, w przeciwieństwie do procesorów ubiegłego wieku, nowoczesne procesory wyewoluowały poza prostą klasyfikację RISC lub CISC.

12 niepotrzebnych programów i aplikacji systemu Windows, które należy odinstalować

Zastanawiasz się, które aplikacje Windows 10 odinstalować? Oto kilka niepotrzebnych aplikacji, programów i programów typu bloatware dla systemu Windows 10, które należy usunąć.

Czytaj dalej

O autorze