RISC vs CISC: Rozdíl a srovnání

Key Takeaways

1. Složitost sady instrukcí: RISC (Reduced Instruction Set Computing) a CISC (Complex Instruction Set Computing) představují dvě různé filozofie při navrhování počítačových architektur. RISC se zaměřuje na jednoduché instrukce, které lze provést v rámci jednoho hodinového cyklu, zatímco CISC zahrnuje složité instrukce, jejichž provedení může trvat více hodinových cyklů, ale s každou instrukcí dosáhnout více.
2. Výkon a účinnost: RISC architektury inklinují mít vyšší počet registrů a utrácet více tranzistorů na registrech spíše než na komplexních instrukcích, což umožňuje více paralelismu a potenciálně vyšší výkon v určitých situacích. Architektury CISC se svými složitějšími instrukcemi mohou provádět složitější úkoly s menším počtem instrukcí, což potenciálně vede k efektivnějšímu využití paměti.
3. Aplikace a příklady: Architektury RISC se běžně používají v systémech, kde je rozhodující tepelná a energetická účinnost, jako jsou mobilní zařízení a vestavěné systémy. Pozoruhodné příklady zahrnují procesory ARM. Architektury CISC, jako jsou ty, které vidíme v řadě Intel x86, se používají v prostředí stolních počítačů a serverů, kde může být kritický nezpracovaný výpočetní výkon a schopnost zpracovávat složité instrukce.

Co je RISC?

RISC je zkratka pro Reduced Instruction Set Computer. Jedná se o typ počítačové architektury, která se zaměřuje na jednoduchost a efektivitu při návrhu instrukční sady procesoru. V architektuře RISC je instrukční sada záměrně malá a jednoduchá a skládá se z omezeného počtu instrukcí, které lze provést v jediném hodinovém cyklu. Tato filozofie designu kontrastuje s Complex Instruction Set Computers (CISC), které mají větší a složitější instrukční sady.

Procesory RISC mají snížený počet instrukcí v rozmezí od přibližně 30 do 200, které jsou optimalizovány pro konkrétní úlohy. Každá instrukce provádí jednoduchou operaci a složité operace jsou sestaveny kombinací několika jednodušších instrukcí. Procesory RISC se řídí architekturou načítání/ukládání, kde jsou data načtena z paměti do registrů, manipulována v registrech a poté uložena zpět do paměti. Aritmetické a logické operace se primárně provádějí v rámci registrů.

Co je CISC?

CISC znamená Complex Instruction Set Computer. Označuje typ počítačové architektury, která klade důraz na velký soubor instrukcí s různou složitostí. V architektuře CISC mohou instrukce provádět složité operace a přistupovat přímo do paměti. Tyto instrukce mají proměnnou délku a jejich provedení může trvat několik hodinových cyklů.

Procesory CISC jsou navrženy tak, aby zpracovávaly složité instrukce a minimalizovaly počet instrukcí potřebných k provedení úkolu. Poskytují bohatou sadu režimů adresování a podporu jazyků na vysoké úrovni, což umožňuje programátorům psát kompaktnější kód. Příklady architektur CISC zahrnují rodinu procesorů x86, jako je Pentium od Intelu a Ryzen od AMD.

Rozdíl mezi RISC a CISC

1. Architektury RISC mají zjednodušenou a zpřehledněnou sadu instrukcí sestávající z malého počtu jednoduchých instrukcí. Naproti tomu architektury CISC mají větší a složitější instrukční sadu s instrukcemi, které mohou provádět složitější operace.
2. Procesory RISC provádějí instrukce v jediném hodinovém cyklu, takže jejich doba provádění je předvídatelnější. Na druhé straně procesory CISC mohou vyžadovat více hodinových cyklů pro provedení instrukcí a doba provádění se může lišit v závislosti na složitosti instrukce.
3. Architektury RISC využívají architekturu načítání/ukládání, kde všechny instrukce pro zpracování dat pracují s daty uloženými v registrech a přístup do paměti je omezen na specifické instrukce načítání a ukládání. Architektury CISC umožňují instrukcím přímý přístup k paměti, což snižuje potřebu explicitních instrukcí načítání/ukládání.
4. Architektury RISC jsou navrženy s jednoduchou a pravidelnou strukturou potrubí, kde každá fáze potrubí plní specifický úkol. To umožňuje snadnější zřetězení a vyšší propustnost instrukcí. Architektury CISC se svými složitějšími instrukcemi mohou mít delší zřetězení a čelit problémům při dosahování efektivního zřetězení.
5. Architektury RISC mají tendenci generovat kód, který je kompaktnější a efektivnější. Zjednodušená instrukční sada a zaměření na optimalizaci běžných operací přispívají k menší velikosti kódu. Na druhé straně architektury CISC mohou provádět složité operace v jedné instrukci, což potenciálně snižuje počet požadovaných instrukcí, ale vede k větší velikosti kódu.

Srovnání mezi RISC a CISC

Parametry srovnání	RISC	CISC
Kódování instrukcí	Pokyny s pevnou délkou	Instrukce s proměnlivou délkou
Registrovat použití	Klade důraz na rozsáhlé používání registrů	Více se spoléhá na přístup k paměti
Složitost řídicí jednotky	Jednoduchý design řídicí jednotky	Komplexní návrh řídicí jednotky
Výkon na Watt	Obvykle energeticky účinnější	Může spotřebovat více energie pro složité pokyny
Doba vývoje	Rychlejší vývoj díky jednodušší architektuře	Delší doba vývoje kvůli složitosti

Reference

1. https://dl.acm.org/doi/abs/10.1145/250015.250016
2. https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-540-93799-9_4

Poslední aktualizace: 21. srpna 2023