Jak se liší procesory RISC a CISC?

Pokud jste technický nadšenec, možná jste slyšeli slova Reduced Instruction Set Computer (RISC) a Complex Instruction Set Computer (CISC). A pokud o počítačích víte dost málo, možná také víte, že tyto výrazy odkazují na různé způsoby návrhu procesoru.

Například procesor ARM ve vašem telefonu má architekturu RISC. Naproti tomu procesor x86 ve vašem počítači má design CISC.

Jaký je ale rozdíl mezi RISC a CISC? Pojďme se ponořit trochu hlouběji a zjistit.

Co je sada instrukcí?

Kdykoli mluvíme o různých designech centrální procesorové jednotky (CPU), jednou z věcí, o kterých musíme mluvit, je sada instrukcí.

Sada instrukcí CPU je sada operací, které může CPU provádět nativně. Jedná se o operace, které jsou kódovány v CPU na hardwarové úrovni. Tato sada může obsahovat kdekoli od několika do tisíců pokynů, v závislosti na konstrukci CPU.

Jinými slovy, CPU nemůže provádět žádnou operaci, která by byla mimo jeho instrukční sadu, protože pro ni nemá hardware.

Pojďme použít analogii, abychom tomu lépe porozuměli. Vezměte si příklad žárovky. Výrobce žárovky navrhl žárovku tak, aby přeměňovala elektřinu na světlo. A žárovka to dokáže, protože hardware to nativně podporuje.

V podstatě může žárovka přeměňovat pouze elektřinu na světlo a nic jiného.

Podobně instrukční sada CPU je sada operací, které hardware CPU umožňuje. Například téměř všechny CPU mají ve své instrukční sadě instrukci „Move“. Instrukce „Přesunout“ vezme některá data ze zdrojového úložného prostoru a přesune je do cílového úložného prostoru.

Kdykoli CPU potřebuje přesunout některá data, ví přesně, jak to udělat, protože hardware byl navržen kolem něj.

Stručně řečeno, sada instrukcí obsahuje všechny ty operace, které CPU podporuje na hardwarové úrovni.

Jak funguje CPU?

CPU je bludiště elektrických obvodů. Tyto elektrické obvody jsou navrženy určitým způsobem, aby poskytly procesoru nativní instrukční sadu. Takže ví pouze to, jak provádět operace v instrukční sadě, protože má k tomu obvody.

Aby CPU provedla určitou operaci, jsou obvody odpovídající této operaci spouštěny prostřednictvím elektrického signálu. A jakmile je spuštěn obvod, CPU provede rutinu spojenou s tímto obvodem.

Aby procesor mohl provádět složité operace, jako je odesílání tweetů, softwarové programy střílí miliony elektrické signály každou sekundu, přičemž každá je zaměřena na konkrétní instrukci ze sady instrukcí PROCESOR.

Tady přichází koncept RIS a CIS.

Co je RISC?

Jak název napovídá, procesor založený na RISC má zjednodušenou sadu operací. Tyto zjednodušené pokyny dosahují jednoduchých cílů a jejich dokončení trvá jen jeden cyklus.

A protože RISC má jednoduché instrukce, CPU nemusí mít složité obvody, aby tyto instrukce provádělo. To je také důvod, proč jsou návrhy RISC po hardwarové stránce levnější.

Příbuzný: Proč je můj telefon pomalejší než můj počítač? Smartphone vs. Vysvětlení rychlosti počítače

Abychom CPU RISC porozuměli podrobněji, podívejme se na konstrukční principy procesorů založených na RISC.

Nejprve RISC CPU dokončí každou instrukci v jediném cyklu.

Zadruhé, procesory RISC provádějí operace pouze s daty uloženými v registrech. Je to proto, že jedním z hlavních překážek schopnosti CPU plnit úkoly je obrovský nesoulad mezi rychlostí CPU a rychlostí hlavní paměti. Hlavní paměť je ve srovnání s CPU super pomalá.

Příbuzný: Stručný a špinavý průvodce RAM: Co potřebujete vědět

Pokud tedy CPU musí používat data uložená v hlavní paměti, zúží jednotku a proces by byl pomalý. V RISC designu se data načítají a ukládají do registrů na CPU, protože registry jsou mnohem blíže rychlosti CPU než hlavní paměť.

Zatřetí, instrukce RISC jsou dostatečně jednoduché, že neexistuje žádná vrstva interpretačního mikrokódu, která by instrukce překládala do jednodušších forem.

A konečně, návrhy RISC podporují pipeline k provádění částí více instrukcí najednou. Vzhledem k tomu, že procesory RISC mají vyšší taktovací frekvenci, jsou mimořádně rychlé. Pipelining je způsob, jak využít této rychlosti a provést části více instrukcí pro větší efektivitu.

Dlouhý příběh, CPU RISC mají jednoduché instrukce, vyšší taktovací frekvenci, efektivní strukturu pipeline, provoz úložiště zátěže v registrech a mohou provádět pokyny v jednom cyklu.

Co je CISC?

CISC je opakem RISC téměř ve všech klíčových oblastech. Téměř všechny stolní čipy mají design CISC.

Za prvé, návrhové pokyny CISC jsou složité, a proto vyžadují vrstvu mikrokódu k překladu do jednoduchých pokynů.

Zadruhé, provedení instrukcí CISC může trvat několik cyklů CPU.

Zatřetí, pipeline není v CISC tak efektivní a je ještě obtížnější ji implementovat kvůli složité povaze instrukcí CISC.

Stručně řečeno, CPU s architekturou CISC mohou provádět mnoho operací v jedné složité instrukci. Výuka však trvá několik cyklů, je těžší ji použít při pipeline a vyžaduje hodně obvodů na CPU.

RISC vs. CISC: Klíčové rozdíly

Hlavní rozdíl mezi RISC a CISC je typ pokynů, které provádějí.

Pokyny RISC jsou jednoduché, provádějí pouze jednu operaci a CPU je může provádět v jednom cyklu.

Pokyny CISC na druhé straně obsahují spoustu operací. CPU je tedy nemůže spustit v jednom cyklu.

Pokyny jsou také důvodem, proč CPU RISC podporují pipeline od začátku a CPU CISC to mají těžší. S RISC jsou pokyny dostatečně jednoduché na to, aby je bylo možné provádět po částech. To je s CISC těžší kvůli složité povaze pokynů.

Dále, na rozdíl od RISC, mohou pokyny CISC pracovat přímo z RAM. Není tedy nutné provádět samostatné operace načítání / ukládání v designu CISC.

Nakonec jsou hardwarové požadavky na návrh CISC vyšší než požadavky na návrh RISC, protože CISC vyžaduje zabudování složitých pokynů do hardwaru CPU. Co je v zásadě toho, čeho CISC dosahuje s hardwarem, chce RISC dosáhnout pomocí softwaru.

To je důvod, proč programy zaměřené na architekturu CISC mají méně řádků kódu, protože samotné instrukce zpracovávají mnoho operací.

RISC i CISC mají výhody i nevýhody

Žádný moderní procesor není zcela založen na RISC ani CISC. Moderní procesory začleňují filozofii designu obou architektur, aby dosáhly toho nejlepšího z obou světů. Například architektura x86, kterou AMD používá, je primárně CISC, ale má mikrokód pro převod složitých instrukcí na jednoduché redukované instrukce podobné RISC.

Na rozdíl od procesorů minulého století se tedy moderní CPU vyvinuly nad rámec jednoduché klasifikace RISC nebo CISC.

12 Nepotřebné programy a aplikace Windows, které byste měli odinstalovat

Zajímá vás, které aplikace Windows 10 chcete odinstalovat? Zde je několik nepotřebných aplikací, programů a bloatwaru pro Windows 10, které byste měli odebrat.

Přečtěte si další

O autorovi