Kuo skiriasi RISC ir CISC procesoriai?

Jei esate technologijų entuziastas, galbūt girdėjote žodžius „Reduced Instruction Set Computer“ (RISC) ir „Complex Instruction Set Computer“ (CISC). Ir jei atsitiktinai žinote apie kompiuterius, taip pat galite žinoti, kad šie terminai nurodo skirtingus procesoriaus projektavimo būdus.

Pavyzdžiui, jūsų telefono ARM procesorius turi RISC architektūrą. Priešingai, jūsų kompiuteryje esantis „x86“ procesorius turi CISC dizainą.

Bet kuo skiriasi RISC ir CISC? Pasigilinkime šiek tiek giliau ir sužinokime.

Kas yra instrukcijų rinkinys?

Kai kalbame apie skirtingus centrinio procesoriaus (CPU) dizainus, vienas iš dalykų, apie kurį turime kalbėti, yra instrukcijų rinkinys.

Procesoriaus instrukcijų rinkinys yra operacijų rinkinys, kurį procesorius gali atlikti savaime. Tai yra operacijos, kurios yra koduojamos procesoriuje aparatinės įrangos lygiu. Šiame rinkinyje gali būti nuo kelių iki tūkstančių instrukcijų, atsižvelgiant į procesoriaus dizainą.

Kitaip tariant, procesorius negali atlikti jokių operacijų, nepriklausančių jo instrukcijų rinkiniui, nes jis neturi jai reikalingos aparatūros.

Panaudokime analogiją, kad geriau tai suprastume. Imkime lemputės pavyzdį. Lemputės gamintojas suprojektavo lemputę elektros energijai paversti šviesa. Lemputė tai gali padaryti, nes aparatinė įranga palaiko ją natūraliai.

Iš esmės elektros lemputė gali paversti elektrą tik šviesa ir nieko daugiau.

Panašiai procesoriaus instrukcijų rinkinys yra operacijų rinkinys, kurį įgalina procesoriaus aparatinė įranga. Pavyzdžiui, beveik visų procesorių instrukcijų rinkinyje yra „Perkelti“ instrukcija. Nurodymas „Perkelti“ paima dalį duomenų iš šaltinio saugyklos vietos ir perkelia juos į paskirties vietos saugyklą.

Kai tik procesoriui reikia perkelti tam tikrus duomenis, jis tiksliai žino, kaip tai padaryti, nes aplink jį buvo sukurta aparatinė įranga.

Trumpai tariant, instrukcijų rinkinyje yra visos tos operacijos, kurias procesorius palaiko aparatinės įrangos lygiu.

Kaip veikia procesorius?

Centrinis procesorius yra elektros grandinių labirintas. Šios elektros grandinės tam tikru būdu suprojektuotos taip, kad procesoriui būtų suteiktas gimtoji instrukcijų rinkinys. Taigi, jis žino, kaip atlikti operacijas tik komandų rinkinyje, nes tam turi schemą.

Kad procesorius atliktų tam tikrą operaciją, tą operaciją atitinkanti schema suveikia per elektrinį signalą. Kai tik suveikia grandinė, procesorius atlieka su ta grandine susijusią rutiną.

Kad procesorius atliktų sudėtingas operacijas, pvz., Siunčia „Twitter“, programinės įrangos programos suaktyvina milijonus elektriniai signalai kas sekundę, kiekvienas nukreiptas į konkrečią instrukciją iš Procesorius.

Čia atsiranda UIP ir NVS koncepcija.

Kas yra RISC?

Kaip rodo pavadinimas, RISC pagrįstas procesorius turi supaprastintą operacijų rinkinį. Šiomis supaprastintomis instrukcijomis pasiekiami paprasti tikslai ir joms atlikti reikia tik vieno ciklo.

Kadangi RISC turi paprastas instrukcijas, procesoriui nereikia turėti sudėtingų schemų, kad būtų galima atlikti šias instrukcijas. Dėl šios priežasties RISC dizainą yra pigiau įgyvendinti aparatinės įrangos atžvilgiu.

Susijęs: Kodėl mano telefonas yra lėtesnis nei mano kompiuteris? Išmanusis telefonas vs. Aiškinamas darbalaukio greitis

Norėdami išsamiau suprasti RISC procesorių, pažvelkime į RISC pagrįstų procesorių projektavimo principus.

Pirma, RISC procesoriai atlieka visas instrukcijas per vieną ciklą.

Antra, RISC procesoriai atlieka tik registruose saugomų duomenų operacijas. Taip yra todėl, kad viena pagrindinių procesoriaus galimybių atlikti užduotis kliūčių yra didžiulis neatitikimas tarp procesoriaus greičio ir pagrindinės atminties greičio. Pagrindinė atmintis yra labai lėta, palyginti su procesoriumi.

Susijęs: Greitas ir nešvarus operatyviosios atminties vadovas: ką reikia žinoti

Taigi, jei centrinis procesorius turi naudoti pagrindinėje atmintyje saugomus duomenis, jis sugadins įrenginį ir procesas bus lėtas. Pagal RISC dizainą duomenys įkeliami ir saugomi CPU registruose, nes registrai yra daug arčiau procesoriaus greičio nei pagrindinė atmintis.

Trečia, RISC instrukcijos yra pakankamai paprastos, kad nėra jokio aiškinamojo mikrokodo sluoksnio, kuris instrukcijas paverstų paprastesnėmis formomis.

Galiausiai, RISC projektuoja palaikymo vamzdynus, kad vienu metu būtų vykdomos kelių instrukcijų dalys. Kadangi RISC dizaino procesoriai turi didesnį laikrodžio greitį, jie yra ypač greiti. Vamzdynų montavimas yra būdas pasinaudoti tokiu greičiu ir vykdyti daugelio instrukcijų dalis, kad padidintumėte efektyvumą.

Trumpai tariant, RISC procesoriai turi paprastas instrukcijas, didesnį takto greitį, efektyvią vamzdynų struktūrą, registrų apkrovos kaupimo operaciją ir gali vykdyti instrukcijas per vieną ciklą.

Kas yra CISC?

CISC yra priešinga RISC beveik visose pagrindinėse srityse. Beveik visi darbalaukio lustai turi CISC dizainą.

Pirma, CISC projektavimo instrukcijos yra sudėtingos, todėl norint jas paversti vienkartinėmis instrukcijomis, reikia mikrokodo sluoksnio.

Antra, CISC instrukcijoms vykdyti gali prireikti kelių procesoriaus ciklų.

Visų trečia, vamzdynų linija CISC nėra tokia efektyvi, ir ją dar sunkiau įgyvendinti dėl sudėtingo CISC instrukcijų pobūdžio.

Trumpai tariant, procesoriai su CISC architektūra gali atlikti daug operacijų vienoje sudėtingoje instrukcijoje. Tačiau instrukcijai atlikti reikia kelių ciklų, ją sunkiau naudoti atliekant vamzdynus ir tam reikia daug procesoriaus grandinių.

RISC vs. CISC: Pagrindiniai skirtumai

Pagrindinis skirtumas tarp RISC ir CISC yra jų vykdomų instrukcijų tipas.

RISC instrukcijos yra paprastos, atlieka tik vieną operaciją, o centrinis procesorius gali jas atlikti per vieną ciklą.

Kita vertus, CISC instrukcijos supakuojamos į daugybę operacijų. Taigi, procesorius negali jų vykdyti per vieną ciklą.

Instrukcijos taip pat yra priežastis, kodėl RISC centriniai procesoriai palaiko tiesimą iš „get-go“ ir CISC procesoriams yra sunkiau. Naudojant RISC, instrukcijos yra pakankamai paprastos, kad jas būtų galima vykdyti dalimis. Tai sunkiau padaryti su CISC dėl sudėtingo instrukcijų pobūdžio.

Kitaip nei RISC, CISC instrukcijos gali veikti tiesiogiai iš RAM. Taigi, CISC projektuojant nereikia atlikti atskirų krovimo / saugojimo operacijų.

Galiausiai CISC dizaino aparatinės įrangos reikalavimai yra didesni nei RISC dizaino reikalavimai, nes CISC reikalauja, kad procesoriaus aparatinėje įrangoje būtų įdiegtos sudėtingos instrukcijos. Iš esmės tai, ką CISC pasiekia aparatine įranga, RISC siekia pasiekti naudodamas programinę įrangą.

Štai kodėl programose, nukreiptose į CISC architektūrą, yra mažiau kodo eilučių, nes pačios instrukcijos atlieka daug operacijų.

Tiek RISC, tiek CISC yra privalumų ir trūkumų

Nė vienas šiuolaikinis procesorius nėra visiškai pagrįstas nei RISC, nei CISC. Šiuolaikiniai procesoriai įtraukia abiejų architektūrų dizaino filosofijas, kad pasiektų geriausius abu pasaulius. Pavyzdžiui, „x86“ architektūra, kurią naudoja AMD, pirmiausia yra CISC, tačiau turi mikrokodą, kad sudėtingos instrukcijos būtų paverstos paprastomis į RISC panašiomis sumažintomis instrukcijomis.

Taigi, skirtingai nei praėjusio amžiaus procesoriai, šiuolaikiniai procesoriai išsivystė ne tik pagal paprastą RISC ar CISC klasifikaciją.

12 nereikalingų „Windows“ programų ir programų, kurias turėtumėte pašalinti

Įdomu, kurias „Windows 10“ programas pašalinti? Čia yra keletas nereikalingų „Windows 10“ programų, programų ir „bloatware“, kurias turėtumėte pašalinti.

Skaitykite toliau

Apie autorių