V čem se razlikujejo procesorji RISC in CISC?

Če ste navdušenec nad tehnologijo, ste morda že slišali besedi Reduced Instruction Set Computer (RISC) in Complex Instruction Set Computer (CISC). In če slučajno dobro poznate računalnike, boste morda tudi vedeli, da se ti izrazi nanašajo na različne načine oblikovanja procesorja.

Na primer, procesor ARM v vašem telefonu ima arhitekturo RISC. Nasprotno pa ima procesor x86 v računalniku zasnovo CISC.

Kakšna pa je razlika med RISC in CISC? Poglobimo se malo globlje in ugotovimo.

Kaj je komplet navodil?

Kadarkoli govorimo o različnih izvedbah centralne procesorske enote (CPU), je ena od stvari, o kateri moramo govoriti, nabor navodil.

Nabor ukazov CPU je nabor operacij, ki jih CPU lahko izvaja v izvorni obliki. To so operacije, ki so kodirane v CPU na strojni ravni. Ta komplet lahko vsebuje od nekaj do tisoč navodil, odvisno od zasnove CPU.

Z drugimi besedami, CPU ne more izvesti nobene operacije, ki je zunaj njegovega nabora navodil, ker za to nima strojne opreme.

Uporabimo analogijo, da to bolje razumemo. Vzemimo primer žarnice. Proizvajalec žarnice je zasnoval žarnico za pretvorbo električne energije v svetlobo. Žarnica lahko to stori, ker jo strojna oprema izvirno podpira.

V bistvu lahko žarnica samo pretvori elektriko v svetlobo in nič drugega.

Podobno je nabor navodil CPU nabor operacij, ki jih omogoča strojna oprema CPU. Na primer, skoraj vsi CPU imajo v svojem naboru navodil navodilo »Premik«. Navodilo »Premakni« vzame nekaj podatkov iz izvornega prostora za shranjevanje in jih premakne v ciljni prostor za shranjevanje.

Kadar mora CPU premakniti nekaj podatkov, natančno ve, kako to storiti, ker je bila strojna oprema zasnovana okoli njega.

Skratka, nabor navodil vsebuje vse tiste operacije, ki jih CPU podpira na strojni ravni.

Kako deluje CPU?

CPU je labirint električnih vezij. Ta električna vezja so zasnovana na določen način, da CPU dajo naravni nabor navodil. Torej ve, kako izvajati operacije samo v naboru ukazov, saj ima to vezje.

Če želite, da CPU izvede določeno operacijo, se vezje, ki ustreza tej operaciji, sproži z električnim signalom. In ko se sproži vezje, CPU izvede rutino, povezano s tem vezjem.

Če želite, da CPU izvaja zapletene operacije, kot je pošiljanje tvita, programi sprožijo milijone električne signale vsako sekundo, pri čemer vsak cilja na določeno navodilo iz nabora ukazov v CPU.

Tu nastopa koncept RIS in CIS.

Kaj je RISC?

Kot že ime pove, ima CPU, ki temelji na RISC, poenostavljen nabor operacij. Ta poenostavljena navodila dosegajo preproste cilje in jih je treba izvesti le en cikel.

In ker ima RISC preprosta navodila, za izvajanje teh navodil CPU ni treba imeti zapletenih vezij. Tudi zato so načrti RISC strojno strožje izvedljivi.

Sorodno: Zakaj je moj telefon počasnejši od računalnika? Pametni telefon vs. Pojasnjene hitrosti namizja

Da bi podrobneje razumeli CPU RISC, si oglejmo načela oblikovanja procesorjev, ki temeljijo na RISC.

Najprej CPU RISC vsa navodila izvedejo v enem samem ciklu.

Drugič, CPU RISC izvaja samo operacije s podatki, shranjenimi v registrih. Razlog za to je, da je eno glavnih ozkih grl zmožnosti procesorja za izvajanje nalog velika neskladnost med hitrostjo procesorja in hitrostjo glavnega pomnilnika. Glavni pomnilnik je super počasen v primerjavi s CPU.

Sorodno: Kratek in umazan vodnik po RAM-u: kaj morate vedeti

Torej, če mora CPU uporabljati podatke, shranjene v glavnem pomnilniku, bo enoto ozko grlo in postopek bi bil počasen. Pri zasnovi RISC se podatki naložijo in shranijo v registre na CPU, ker so registri veliko bližje hitrosti procesorja kot glavni pomnilnik.

Tretjič, navodila RISC so dovolj preprosta, da ni sloja interpretativne mikrokode, ki bi navodila prevedla v preprostejše oblike.

In končno, RISC oblikuje podporno cevovod za istočasno izvajanje delov več navodil. Ker imajo CPU zasnove RISC višje takte, so izjemno hitri. Cevovod je način, kako izkoristiti to hitrost in izvesti dele več navodil za večjo učinkovitost.

Skratka, procesorji RISC imajo preprosta navodila, višje takte, učinkovito cevovodno strukturo, delovanje skladiščenja v registrih in lahko izvajajo navodila v enem ciklu.

Kaj je CISC?

CISC je nasprotje RISC na skoraj vseh ključnih področjih. Skoraj vsi namizni čipi imajo zasnovo CISC.

Prvič, navodila za oblikovanje CISC so zapletena in zato zahtevajo plast mikrokode, ki se prevede v enostavna navodila.

Drugič, navodila CISC lahko izvedejo več ciklov CPU.

Tretjič, cevovod v CISC ni tako učinkovit in ga je še težje izvesti zaradi zapletene narave navodil CISC.

Skratka, CPE z arhitekturo CISC lahko izvedejo veliko operacij v enem zapletenem navodilu. Toda navodilo traja več ciklov, težje je uporabiti pri cevovodu in zahteva veliko vezja na CPU.

RISC vs. CISC: Ključne razlike

Glavna razlika med RISC in CISC je vrsta navodil, ki jih izvajajo.

Navodila RISC so preprosta, izvajajo samo eno operacijo, CPU pa jih lahko izvede v enem ciklu.

Navodila CISC pa vključujejo veliko operacij. CPU jih torej ne more izvesti v enem ciklu.

Navodila so tudi razlog, zakaj CPU RISC podpirajo cevovod od samega začetka, procesorji CISC pa težje. Z RISC so navodila dovolj preprosta, da jih je mogoče izvajati po delih. To je težje storiti s CISC zaradi zapletene narave navodil.

Nato lahko za razliko od RISC navodila CISC delujejo neposredno iz RAM-a. Torej pri oblikovanju CISC ni treba izvajati ločenih operacij nalaganja / shranjevanja.

Končno so zahteve glede strojne opreme za zasnovo CISC višje od zahtev za zasnovo RISC, saj CISC zahteva, da se v strojno opremo CPU vgradijo zapletena navodila. V bistvu tisto, kar CISC doseže s strojno opremo, želi RISC doseči s programsko opremo.

Zato imajo programi, ki ciljajo na arhitekturo CISC, manj vrstic kode, ker navodila sama obravnavajo veliko operacij.

Tako RISC kot CISC imajo prednosti in slabosti

Noben sodoben procesor v celoti ne temelji niti na RISC niti na CISC. Sodobni procesorji vključujejo filozofijo oblikovanja obeh arhitektur, da bi dosegli najboljše iz obeh svetov. Na primer, arhitektura x86, ki jo uporablja AMD, je v prvi vrsti CISC, vendar ima mikrokodo za pretvorbo zapletenih navodil v preprosta zmanjšana navodila, podobna RISC.

V nasprotju s procesorji iz preteklega stoletja so se sodobni CPU razvili izven preproste klasifikacije RISC ali CISC.

12 Nepotrebnih programov in aplikacij Windows, ki jih morate odstraniti

Se sprašujete, katere programe Windows 10 odstraniti? Tu je nekaj nepotrebnih aplikacij, programov in bloatware za Windows 10, ki jih morate odstraniti.

Preberite Naprej

O avtorju