Как се различават RISC и CISC процесорите?

Ако сте технологичен ентусиаст, може би сте чували думите Компютър с намален набор от инструкции (RISC) и Компютър с комплексни инструкции (CISC). И ако случайно знаете малко за компютрите, може също да знаете, че тези термини се отнасят до различни начини за проектиране на процесор.

Например ARM процесорът във вашия телефон има RISC архитектура. За разлика от това, процесорът x86 във вашия компютър има дизайн CISC.

Но каква е разликата между RISC и CISC? Нека да се задълбочим малко по-дълбоко и да разберем.

Какво представлява набор от инструкции?

Винаги когато говорим за различни дизайни на централен процесор (CPU), едно от нещата, за които трябва да говорим, е наборът от инструкции.

Наборът от инструкции на процесора е набор от операции, които централният процесор може да изпълнява собствено. Това са операциите, които са кодирани в процесора на хардуерно ниво. Този комплект може да съдържа от няколко до хиляди инструкции, в зависимост от дизайна на процесора.

С други думи, процесорът не може да извърши никаква операция, която е извън неговия набор от инструкции, тъй като не разполага с хардуера за него.

Нека използваме аналогия, за да разберем това по-добре. Вземете примера на крушка. Производителят на крушка е проектирал крушката да преобразува електричеството в светлина. И една крушка може да направи това, защото хардуерът го поддържа роден.

По същество електрическата крушка може само да преобразува електричеството в светлина и нищо друго.

По същия начин, наборът от инструкции на процесора е набор от операции, които хардуерът на процесора позволява. Например, почти всички процесори имат инструкция „Преместване“ в своя набор от инструкции. Инструкцията „Преместване“ взема някои данни от място за съхранение на източника и ги премества в място за съхранение на местоназначение.

Всеки път, когато процесорът трябва да премести някои данни, той знае точно как да го направи, защото хардуерът е проектиран около него.

Накратко, набор от инструкции съдържа всички онези операции, които процесорът поддържа на хардуерно ниво.

Как работи процесорът?

Процесорът е лабиринт от електрически вериги. Тези електрически вериги са проектирани по определен начин, за да дадат на процесора собствения си набор от инструкции. Така че, той знае само как да изпълнява операциите в набор от инструкции, тъй като има схемата, за да направи това.

За да накара процесора да извърши определена операция, веригата, съответстваща на тази операция, се задейства чрез електрически сигнал. И след като се задейства верига, процесорът изпълнява рутината, свързана с тази схема.

За да накара процесора да изпълнява сложни операции като изпращане на чуруликане, софтуерните програми задействат милиони електрически сигнали всяка секунда, всяка насочена към конкретна инструкция от набора инструкции на ПРОЦЕСОР.

Тук се появява концепцията за RIS и CIS.

Какво е RISC?

Както подсказва името, базиран на RISC процесор има опростен набор от операции. Тези опростени инструкции постигат прости цели и отнема само един цикъл.

И тъй като RISC има прости инструкции, CPU не трябва да има сложна схема, за да изпълнява тези инструкции. Ето защо RISC дизайните са хардуерно по-евтини за изпълнение.

Свързани: Защо телефонът ми е по-бавен от компютъра? Смартфон срещу Обяснени скорости на работния плот

За да разберем по-подробно RISC процесора, нека разгледаме принципите на проектиране на базирани на RISC процесори.

Първо, RISC процесорите изпълняват всяка инструкция в един цикъл.

На второ място, RISC процесорите извършват операции само върху данни, съхранявани в регистри. Това е така, защото едно от основните пречки пред способността на процесора да изпълнява задачи е огромното несъответствие между скоростта на процесора и скоростта на основната памет. Основната памет е супер бавна в сравнение с процесора.

Свързани: Кратко и мръсно ръководство за RAM: Какво трябва да знаете

Така че, ако процесорът трябва да използва данни, съхранявани в основната памет, той ще затрудни устройството и процесът ще бъде бавен. При RISC дизайн данните се зареждат и съхраняват в регистрите на процесора, тъй като регистрите са много по-близки до скоростта на процесора, отколкото основната памет.

На трето място, RISC инструкциите са достатъчно прости, за да няма слой интерпретационен микрокод, който да ги преведе в по-опростени форми.

И накрая, RISC проектира поддръжка на конвейер, за да изпълнява части от множество инструкции едновременно. Тъй като процесорите с дизайн RISC имат по-високи тактови честоти, те са изключително бързи. Конвейерът е начин да се възползвате от тази скорост и да изпълните части от множество инструкции за допълнителна ефективност.

Накратко, RISC процесорите имат прости инструкции, по-високи тактови честоти, ефективна конвейерна структура, операция за зареждане на регистрите и могат да изпълняват инструкции в един цикъл.

Какво е CISC?

CISC е противоположността на RISC в почти всички ключови области. Почти всички настолни чипове имат CISC дизайн.

Първо, инструкциите за проектиране на CISC са сложни и следователно изискват слой от микрокод, който да се превърне в инструкции от симплекс.

На второ място, CISC инструкциите могат да отнемат множество цикли на процесора за изпълнение.

Трето, конвейерът не е толкова ефективен в CISC и е още по-труден за изпълнение поради сложния характер на инструкциите на CISC.

Накратко, процесорите с CISC архитектура могат да изпълняват много операции в една сложна инструкция. Но инструкцията отнема няколко цикъла, за да бъде завършена, по-трудна е за използване при конвейериране и изисква много схеми на CPU.

RISC срещу CISC: Основни разлики

Основната разлика между RISC и CISC е типът инструкции, които те изпълняват.

Инструкциите RISC са прости, изпълняват само една операция и процесорът може да ги изпълни за един цикъл.

Инструкциите на CISC, от друга страна, съдържат куп операции. Така че процесорът не може да ги изпълни за един цикъл.

Инструкциите са и причината, поради която RISC процесорите поддържат конвейер от самото начало, а CISC процесорите се справят по-трудно с него. С RISC инструкциите са достатъчно прости, за да могат да бъдат изпълнени на части. Това е по-трудно да се направи с CISC поради сложния характер на инструкциите.

След това, за разлика от RISC, инструкциите на CISC могат да работят директно от RAM. Така че, няма нужда да се извършват отделни операции за зареждане / складиране в дизайна на CISC.

И накрая, хардуерните изисквания за CISC дизайн са по-високи от тези за RISC дизайн, тъй като CISC изисква сложни инструкции за вграждане в хардуера на процесора. По същество това, което CISC постига с хардуера, RISC цели да постигне със софтуера.

Ето защо програмите, насочени към CISC архитектура, имат по-малко редове код, тъй като инструкциите сами обработват много операции.

Както RISC, така и CISC имат предимства и недостатъци

Нито един съвременен процесор не се базира изцяло нито на RISC, нито на CISC. Съвременните процесори включват философията на дизайна на двете архитектури, за да постигнат най-доброто от двата свята. Например архитектурата x86, която AMD използва, е предимно CISC, но има микрокод за преобразуване на сложни инструкции в прости RISC-подобни намалени инструкции.

Така че, за разлика от процесорите от миналия век, модерните процесори са се развили отвъд простата RISC или CISC класификация.

12 Излишни програми и приложения за Windows, които трябва да деинсталирате

Чудите се кои приложения на Windows 10 да деинсталирате? Ето няколко ненужни приложения, програми и софтуер за Windows 10, които трябва да премахнете.

Прочетете Напред

За автора