Πώς διαφέρουν οι CPU RISC και CISC;

Εάν είστε λάτρεις της τεχνολογίας, ίσως να έχετε ακούσει τις λέξεις Computer Seted Instruction Set (RISC) και Complex Instruction Set Computer (CISC). Και εάν τυχαίνει να γνωρίζετε αρκετά για τους υπολογιστές, ίσως γνωρίζετε επίσης ότι αυτοί οι όροι αναφέρονται σε διαφορετικούς τρόπους για να σχεδιάσετε έναν επεξεργαστή.

Για παράδειγμα, ο επεξεργαστής ARM στο τηλέφωνό σας έχει αρχιτεκτονική RISC. Αντίθετα, ο επεξεργαστής x86 στον υπολογιστή σας έχει σχεδιασμό CISC.

Αλλά ποια είναι η διαφορά μεταξύ RISC και CISC; Ας βυθίσουμε λίγο βαθύτερα και μάθετε.

Τι είναι ένα σύνολο οδηγιών;

Κάθε φορά που μιλάμε για διαφορετικά σχέδια κεντρικής μονάδας επεξεργασίας (CPU), ένα από τα πράγματα που πρέπει να μιλήσουμε είναι το σύνολο εντολών.

Το σύνολο εντολών μιας CPU είναι το σύνολο λειτουργιών που μπορεί να εκτελέσει εγγενώς μια CPU. Αυτές είναι οι λειτουργίες που κωδικοποιούνται στη CPU σε επίπεδο υλικού. Αυτό το σετ μπορεί να περιέχει οπουδήποτε από μερικές έως χιλιάδες οδηγίες, ανάλογα με το σχεδιασμό της CPU.

Με άλλα λόγια, μια CPU δεν μπορεί να εκτελέσει οποιαδήποτε λειτουργία που βρίσκεται εκτός του συνόλου εντολών της, επειδή δεν διαθέτει υλικό για αυτό.

Ας χρησιμοποιήσουμε μια αναλογία για να το κατανοήσουμε καλύτερα. Πάρτε το παράδειγμα ενός λαμπτήρα. Ο κατασκευαστής ενός λαμπτήρα έχει σχεδιάσει τη λάμπα για να μετατρέψει την ηλεκτρική ενέργεια σε φως. Και ένας λαμπτήρας μπορεί να το κάνει αυτό επειδή το υλικό το υποστηρίζει εγγενώς.

Στην ουσία, ένας λαμπτήρας μπορεί μόνο να μετατρέψει την ηλεκτρική ενέργεια σε φως και τίποτα άλλο.

Παρομοίως, το σύνολο εντολών μιας CPU είναι το σύνολο λειτουργιών που επιτρέπει το υλικό της CPU. Για παράδειγμα, σχεδόν όλες οι CPU έχουν μια εντολή "Move" στο σύνολο εντολών τους. Η εντολή "Μετακίνηση" παίρνει ορισμένα δεδομένα από έναν αποθηκευτικό χώρο πηγής και τα μετακινεί σε έναν χώρο αποθήκευσης προορισμού.

Κάθε φορά που μια CPU χρειάζεται να μεταφέρει ορισμένα δεδομένα, ξέρει ακριβώς πώς να το κάνει επειδή το υλικό έχει σχεδιαστεί γύρω από αυτό.

Εν ολίγοις, ένα σύνολο εντολών περιέχει όλες αυτές τις λειτουργίες που υποστηρίζει μια CPU σε επίπεδο υλικού.

Πώς λειτουργεί μια CPU;

Η CPU είναι ένας λαβύρινθος ηλεκτρικών κυκλωμάτων. Αυτά τα ηλεκτρικά κυκλώματα έχουν σχεδιαστεί με έναν συγκεκριμένο τρόπο για να δώσουν στη CPU το φυσικό της σετ εντολών. Έτσι, ξέρει μόνο πώς να εκτελεί τις λειτουργίες σε ένα σύνολο εντολών, καθώς έχει το κύκλωμα για να το κάνει αυτό.

Για να κάνει τη CPU να εκτελεί μια συγκεκριμένη λειτουργία, το κύκλωμα που αντιστοιχεί σε αυτήν τη λειτουργία ενεργοποιείται μέσω ενός ηλεκτρικού σήματος. Και μόλις ενεργοποιηθεί ένα κύκλωμα, η CPU εκτελεί τη ρουτίνα που σχετίζεται με αυτό το κύκλωμα.

Για να κάνει την CPU να εκτελεί πολύπλοκες λειτουργίες όπως η αποστολή tweet, τα προγράμματα λογισμικού πυροδοτούν εκατομμύρια ηλεκτρικά σήματα κάθε δευτερόλεπτο, το καθένα στοχεύει μια συγκεκριμένη οδηγία από το σύνολο εντολών του ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΤΗΣ.

Εδώ μπαίνει η έννοια των RIS και CIS.

Τι είναι το RISC;

Όπως υποδηλώνει το όνομα, μια CPU που βασίζεται σε RISC έχει ένα απλοποιημένο σύνολο λειτουργιών. Αυτές οι απλοποιημένες οδηγίες επιτυγχάνουν απλούς στόχους και χρειάζονται μόνο έναν κύκλο για να ολοκληρωθούν.

Και επειδή το RISC έχει απλές οδηγίες, η CPU δεν χρειάζεται να έχει πολύπλοκα κυκλώματα για την εκτέλεση αυτών των οδηγιών. Αυτός είναι και ο λόγος για τον οποίο τα σχέδια RISC είναι, από άποψη υλικού, φθηνότερα στην εφαρμογή.

Σχετιζομαι με: Γιατί το τηλέφωνό μου είναι πιο αργό από τον υπολογιστή μου; Smartphone εναντίον Επεξήγηση ταχύτητας επιφάνειας εργασίας

Για να κατανοήσετε μια CPU RISC με περισσότερες λεπτομέρειες, ας ρίξουμε μια ματιά στις αρχές σχεδίασης των CPU που βασίζονται σε RISC.

Πρώτον, οι επεξεργαστές RISC ολοκληρώνουν κάθε εντολή σε έναν μόνο κύκλο.

Δεύτερον, οι επεξεργαστές RISC εκτελούν λειτουργίες μόνο σε δεδομένα που είναι αποθηκευμένα σε μητρώα. Αυτό συμβαίνει επειδή ένα από τα κύρια εμπόδια στην ικανότητα της CPU να εκτελεί εργασίες είναι η τεράστια αναντιστοιχία μεταξύ της ταχύτητας της CPU και της κύριας ταχύτητας μνήμης. Η κύρια μνήμη είναι εξαιρετικά αργή σε σύγκριση με έναν CPU.

Σχετιζομαι με: Ένας γρήγορος και βρώμικος οδηγός για τη μνήμη RAM: Τι πρέπει να γνωρίζετε

Έτσι, εάν ένας επεξεργαστής πρέπει να χρησιμοποιήσει δεδομένα που είναι αποθηκευμένα στην κύρια μνήμη, θα εμποδίσει τη μονάδα και η διαδικασία θα είναι αργή. Σε ένα σχεδιασμό RISC, τα δεδομένα φορτώνονται και αποθηκεύονται στους καταχωρητές της CPU, επειδή οι καταχωρητές είναι πολύ πιο κοντά στην ταχύτητα της CPU από την κύρια μνήμη.

Τρίτον, οι οδηγίες RISC είναι αρκετά απλές ώστε να μην υπάρχει επίπεδο ερμηνευτικού μικροκώδικα για τη μετάφραση των οδηγιών σε απλούστερες μορφές.

Και τέλος, τα σχέδια RISC υποστηρίζουν σωληνώσεις για την εκτέλεση τμημάτων πολλαπλών οδηγιών ταυτόχρονα. Επειδή οι CPU σχεδιασμού RISC έχουν υψηλότερες ταχύτητες ρολογιού, είναι εξαιρετικά γρήγοροι. Το Pipelining είναι ένας τρόπος να εκμεταλλευτείτε αυτήν την ταχύτητα και να εκτελέσετε τμήματα πολλαπλών οδηγιών για πρόσθετη απόδοση.

Με μεγάλη ιστορία, οι επεξεργαστές RISC έχουν απλές οδηγίες, υψηλότερες ταχύτητες ρολογιού, αποτελεσματική δομή σωληνώσεων, λειτουργία αποθήκευσης φορτίου στους καταχωρητές και μπορούν να εκτελέσουν οδηγίες σε έναν κύκλο.

Τι είναι το CISC;

Το CISC είναι το αντίθετο του RISC σε σχεδόν όλους τους βασικούς τομείς. Σχεδόν όλα τα επιτραπέζια τσιπ έχουν σχεδιασμό CISC.

Πρώτον, οι οδηγίες σχεδιασμού CISC είναι περίπλοκες και, επομένως, απαιτούν ένα στρώμα μικροκώδικα για να μεταφραστούν σε απλές οδηγίες.

Δεύτερον, οι οδηγίες CISC μπορεί να απαιτήσουν πολλαπλούς κύκλους CPU.

Τρίτον, το pipelining δεν είναι τόσο αποτελεσματικό στο CISC και είναι ακόμη πιο δύσκολο να εφαρμοστεί λόγω της περίπλοκης φύσης των οδηγιών CISC.

Εν ολίγοις, οι CPU με αρχιτεκτονική CISC μπορούν να εκτελέσουν πολλές λειτουργίες σε μία πολύπλοκη οδηγία. Αλλά η οδηγία απαιτεί πολλούς κύκλους για να ολοκληρωθεί, είναι πιο δύσκολο να χρησιμοποιηθεί σε σωληνώσεις και απαιτεί πολλά κυκλώματα στην CPU.

RISC εναντίον CISC: Βασικές διαφορές

Η κύρια διαφορά μεταξύ RISC και CISC είναι ο τύπος των εντολών που εκτελούν.

Οι οδηγίες RISC είναι απλές, εκτελούν μόνο μία λειτουργία και μια CPU μπορεί να τις εκτελέσει σε έναν κύκλο.

Οι οδηγίες της CISC, από την άλλη πλευρά, συσκευάζονται σε πολλές λειτουργίες. Έτσι, η CPU δεν μπορεί να τις εκτελέσει σε έναν κύκλο.

Οι οδηγίες είναι επίσης ο λόγος για τον οποίο οι επεξεργαστές RISC υποστηρίζουν σωληνώσεις από το get-go και οι επεξεργαστές CISC δυσκολεύονται περισσότερο με αυτό. Με το RISC, οι οδηγίες είναι αρκετά απλές ώστε να μπορούν να εκτελεστούν σε τμήματα. Αυτό είναι πιο δύσκολο να γίνει με το CISC λόγω του πολύπλοκου χαρακτήρα των οδηγιών.

Στη συνέχεια, σε αντίθεση με το RISC, οι οδηγίες CISC μπορούν να λειτουργήσουν απευθείας από τη μνήμη RAM. Επομένως, δεν χρειάζεται να εκτελέσετε ξεχωριστές λειτουργίες φόρτωσης / αποθήκευσης στο σχεδιασμό CISC.

Τέλος, οι απαιτήσεις υλικού για σχεδιασμό CISC είναι υψηλότερες από αυτές για σχεδιασμό RISC, καθώς η CISC απαιτεί πολύπλοκες οδηγίες για να ενσωματωθούν στο υλικό της CPU. Ουσιαστικά, αυτό που επιτυγχάνει η CISC με υλικό, το RISC στοχεύει να επιτύχει με το λογισμικό.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα προγράμματα που στοχεύουν μια αρχιτεκτονική CISC έχουν λιγότερες γραμμές κώδικα, επειδή οι ίδιες οι οδηγίες χειρίζονται πολλές λειτουργίες.

Υπάρχουν πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα τόσο για το RISC όσο και για το CISC

Κανένας σύγχρονος επεξεργαστής δεν βασίζεται εξ ολοκλήρου σε RISC ή CISC. Οι σύγχρονοι επεξεργαστές ενσωματώνουν τις φιλοσοφίες σχεδιασμού και των δύο αρχιτεκτονικών για να επιτύχουν το καλύτερο και των δύο κόσμων. Για παράδειγμα, η αρχιτεκτονική x86 που χρησιμοποιεί το AMD είναι κατά κύριο λόγο CISC, αλλά έχει έναν μικροκώδικα για τη μετατροπή σύνθετων οδηγιών σε απλές μειωμένες οδηγίες τύπου RISC.

Έτσι, σε αντίθεση με τους επεξεργαστές του περασμένου αιώνα, οι σύγχρονοι επεξεργαστές έχουν εξελιχθεί πέρα ​​από μια απλή ταξινόμηση RISC ή CISC.

12 Απαραίτητα προγράμματα και εφαρμογές των Windows που πρέπει να απεγκαταστήσετε

Αναρωτιέστε ποιες εφαρμογές των Windows 10 θα απεγκαταστήσετε; Ακολουθούν πολλές περιττές εφαρμογές, προγράμματα και bloatware των Windows 10 που πρέπει να καταργήσετε.

Διαβάστε Επόμενο

Σχετικά με τον Συγγραφέα