Ako sa líšia procesory RISC a CISC?

Ak ste technický nadšenec, možno ste počuli slová Reduced Instruction Set Computer (RISC) a Complex Instruction Set Computer (CISC). A ak náhodou viete niečo o počítačoch, môžete tiež vedieť, že tieto výrazy odkazujú na rôzne spôsoby návrhu procesora.

Napríklad procesor ARM vo vašom telefóne má architektúru RISC. Naproti tomu procesor x86 vo vašom počítači má dizajn CISC.

Aký je však rozdiel medzi RISC a CISC? Pozrime sa trochu hlbšie a zistíme.

Čo je to inštrukčná sada?

Kedykoľvek hovoríme o rôznych prevedeniach centrálnej procesorovej jednotky (CPU), jednou z vecí, o ktorej musíme hovoriť, je sada inštrukcií.

Sada inštrukcií CPU je sada operácií, ktoré CPU môže vykonávať natívne. Toto sú operácie, ktoré sú kódované v CPU na hardvérovej úrovni. Táto sada môže obsahovať kdekoľvek od niekoľkých až po tisíce pokynov, v závislosti od konštrukcie CPU.

Inými slovami, procesor nemôže vykonávať žiadnu operáciu, ktorá je mimo jeho inštrukčnej sady, pretože na to nemá hardvér.

Použime analógiu, aby sme tomu lepšie porozumeli. Vezmite si príklad žiarovky. Výrobca žiarovky navrhol žiarovku na premenu elektriny na svetlo. A žiarovka to dokáže, pretože to hardware natívne podporuje.

V podstate žiarovka dokáže premeniť iba elektrinu na svetlo a nič iné.

Podobne je inštrukčná sada CPU sada operácií, ktoré umožňuje hardvér CPU. Napríklad takmer všetky CPU majú vo svojej inštrukčnej sade inštrukciu „Move“. Inštrukcia „Presunúť“ vezme niektoré údaje zo zdrojového úložného priestoru a presunie ich do cieľového úložného priestoru.

Kedykoľvek CPU potrebuje presunúť nejaké dáta, vie presne, ako to urobiť, pretože okolo neho bol navrhnutý hardvér.

Stručne povedané, sada inštrukcií obsahuje všetky tie operácie, ktoré CPU podporuje na hardvérovej úrovni.

Ako funguje CPU?

CPU je bludisko elektrických obvodov. Tieto elektrické obvody sú navrhnuté určitým spôsobom, aby poskytli CPU jeho natívnu inštrukčnú sadu. Takže vie iba to, ako vykonávať operácie v inštrukčnej sade, pretože má na to obvody.

Aby procesor vykonal určitú operáciu, obvody zodpovedajúce tejto operácii sa spúšťajú prostredníctvom elektrického signálu. Akonáhle sa spustí obvod, CPU vykoná rutinu spojenú s týmto obvodom.

Aby mohol procesor vykonávať zložité operácie, ako je napríklad odosielanie tweetov, softvérové ​​programy spúšťajú milióny elektrické signály každú sekundu, pričom každá je zameraná na konkrétnu inštrukciu zo sady inštrukcií z CPU.

Tu prichádza na rad koncepcia RIS a CIS.

Čo je to RISC?

Ako naznačuje názov, procesor na báze RISC má zjednodušenú sadu operácií. Tieto zjednodušené pokyny umožňujú dosiahnuť jednoduché ciele a dokončenie trvá iba jeden cyklus.

A pretože RISC má jednoduché pokyny, procesor nemusí mať na vykonávanie týchto pokynov zložité obvody. Aj preto sú návrhy RISC z hľadiska hardvéru lacnejšie z hľadiska implementácie.

Súvisiace: Prečo je môj telefón pomalší ako môj počítač? Smartfón vs. Rýchlosti pracovnej plochy vysvetlené

Aby sme CPU RISC porozumeli podrobnejšie, pozrime sa na princípy návrhu procesorov založených na RISC.

Najskôr RISC procesory dokončia každú inštrukciu v jednom cykle.

Po druhé, procesory RISC vykonávajú operácie iba s údajmi uloženými v registroch. Je to preto, že jedným z hlavných prekážok schopnosti procesora vykonávať úlohy je obrovský nesúlad medzi rýchlosťou procesora a rýchlosťou hlavnej pamäte. Hlavná pamäť je v porovnaní s CPU super pomalá.

Súvisiace: Stručný a špinavý sprievodca operačnou pamäťou: Čo potrebujete vedieť

Pokiaľ teda CPU musí využívať dáta uložené v hlavnej pamäti, zúži jednotku a proces by bol pomalý. V dizajne RISC sa dáta načítajú a ukladajú do registrov na CPU, pretože registre sú oveľa bližšie k rýchlosti procesora ako hlavná pamäť.

Po tretie, pokyny RISC sú dosť jednoduché na to, aby neexistovala vrstva interpretačného mikrokódu, ktorá by prekladala pokyny do jednoduchších foriem.

A nakoniec, návrhy RISC podporujú pipeline na vykonávanie častí viacerých inštrukcií súčasne. Pretože procesory RISC majú vyššiu rýchlosť hodín, sú mimoriadne rýchle. Pipelining je spôsob, ako využiť túto rýchlosť a vykonať časti viacerých pokynov pre vyššiu efektivitu.

Stručný príbeh, CPU RISC majú jednoduché inštrukcie, vyššiu rýchlosť hodín, efektívnu štruktúru pipeline, prevádzku ukladania a načítania v registroch a môžu vykonávať pokyny v jednom cykle.

Čo je to CISC?

CISC je opakom RISC takmer vo všetkých kľúčových oblastiach. Takmer všetky stolné čipy majú dizajn CISC.

Po prvé, návrhové pokyny CISC sú zložité, a preto vyžadujú vrstvu mikrokódu na preloženie do jednoduchých pokynov.

Po druhé, vykonanie pokynov CISC môže trvať viac cyklov CPU.

Po tretie, pipeline nie je v CISC také efektívne a je ešte ťažšie ju implementovať kvôli zložitej povahe pokynov CISC.

Stručne povedané, CPU s architektúrou CISC môžu vykonávať veľa operácií v jednej zložitej inštrukcii. Inštrukcia však trvá viac cyklov, je ťažšie ju použiť pri pipeline a vyžaduje veľa obvodov na CPU.

RISC vs. CISC: Kľúčové rozdiely

Hlavný rozdiel medzi RISC a CISC je typ pokynov, ktoré vykonávajú.

Pokyny RISC sú jednoduché, vykonávajú iba jednu operáciu a CPU ich môže vykonať v jednom cykle.

Pokyny CISC sú na druhej strane spojené s mnohými operáciami. CPU ich teda nemôže vykonať v jednom cykle.

Pokyny sú tiež dôvodom, prečo CPU RISC podporujú pipeline od začiatku a CPU CISC to majú ťažšie. Pomocou RISC sú pokyny dostatočne jednoduché na to, aby ich bolo možné vykonať po častiach. To je pre CISC ťažšie kvôli zložitej povahe pokynov.

Ďalej, na rozdiel od RISC, pokyny CISC môžu pracovať priamo z RAM. Nie je teda potrebné vykonávať samostatné operácie načítania a ukladania v dizajne CISC.

Nakoniec sú hardvérové ​​požiadavky na návrh CISC vyššie ako na návrh RISC, pretože CISC vyžaduje zabudovanie zložitých pokynov do hardvéru CPU. Čo je v podstate CISC dosiahnuté s hardvérom, si RISC kladie za cieľ dosiahnuť pomocou softvéru.

To je dôvod, prečo programy zamerané na architektúru CISC majú menej riadkov kódu, pretože samotné pokyny zvládajú veľa operácií.

RISC aj CISC majú výhody a nevýhody

Žiadny moderný procesor nie je úplne založený na RISC ani CISC. Moderné procesory využívajú filozofiu dizajnu oboch architektúr, aby dosiahli to najlepšie z oboch svetov. Napríklad architektúra x86, ktorú AMD používa, je primárne CISC, ale má mikrokód na konverziu zložitých pokynov na jednoduché RISC podobné redukované pokyny.

Na rozdiel od procesorov minulého storočia sa teda moderné CPU vyvinuli nad rámec jednoduchej klasifikácie RISC alebo CISC.

12 Zbytočné programy a aplikácie systému Windows, ktoré by ste mali odinštalovať

Zaujíma vás, ktoré aplikácie z Windows 10 sa majú odinštalovať? Tu je niekoľko nepotrebných aplikácií, programov a bloatware pre Windows 10, ktoré by ste mali odstrániť.

Prečítajte si Ďalej

O autorovi