RISC vs CISC: differenza e confronto

Punti chiave

1. Complessità del set di istruzioni: RISC (Reduced Instruction Set Computing) e CISC (Complex Instruction Set Computing) rappresentano due diverse filosofie nella progettazione di architetture informatiche. RISC si concentra su istruzioni semplici che possono essere eseguite all'interno di un ciclo di clock, mentre CISC include istruzioni complesse che potrebbero richiedere più cicli di clock per essere eseguite ma ottenere di più con ciascuna istruzione.
2. Prestazioni ed efficienza: le architetture RISC tendono ad avere un numero maggiore di registri e spendono più transistor sui registri piuttosto che su istruzioni complesse, consentendo un maggiore parallelismo e prestazioni potenzialmente più elevate in determinate situazioni. Le architetture CISC, con le loro istruzioni più complesse, possono eseguire attività più complesse con meno istruzioni, portando potenzialmente a un utilizzo più efficiente della memoria.
3. Applicazioni ed esempi: Le architetture RISC sono comunemente utilizzate nei sistemi in cui l'efficienza termica ed energetica sono cruciali, come nei dispositivi mobili e nei sistemi integrati. Esempi degni di nota includono i processori ARM. Le architetture CISC, come quelle viste nella serie x86 di Intel, vengono utilizzate in ambienti desktop e server in cui la potenza di elaborazione pura e la capacità di gestire istruzioni complesse possono essere fondamentali.

Cos'è il RISC?

RISC è l'acronimo di Computer a set di istruzioni ridotto. È un tipo di architettura del computer che si concentra sulla semplicità e l'efficienza nella progettazione del set di istruzioni del processore. In un'architettura RISC, il set di istruzioni è deliberatamente mantenuto piccolo e semplice, costituito da un numero limitato di istruzioni che possono essere eseguite in un singolo ciclo di clock. Questa filosofia di progettazione contrasta con i Complex Instruction Set Computers (CISC), che hanno set di istruzioni più grandi e complessi.

I processori RISC hanno un numero ridotto di istruzioni, da circa 30 a 200, ottimizzate per compiti specifici. Ogni istruzione esegue un'operazione semplice e le operazioni complesse vengono create combinando più istruzioni più semplici. I processori RISC seguono un'architettura di caricamento/archiviazione, in cui i dati vengono caricati dalla memoria nei registri, manipolati all'interno dei registri e quindi archiviati nuovamente in memoria. Le operazioni aritmetiche e logiche vengono eseguite principalmente all'interno dei registri.

Cos'è CISC?

CISC sta per Computer con set di istruzioni complesse. Si riferisce a un tipo di architettura informatica che enfatizza un ampio insieme di istruzioni di varia complessità. Nell'architettura CISC, le istruzioni possono eseguire operazioni complesse e accedere direttamente alla memoria. Queste istruzioni hanno una lunghezza variabile e possono richiedere più cicli di clock per essere eseguite.

I processori CISC sono progettati per gestire istruzioni complesse e ridurre al minimo il numero di istruzioni necessarie per eseguire un'attività. Forniscono un ricco set di modalità di indirizzamento e supporto per linguaggi di alto livello, consentendo ai programmatori di scrivere codice più compatto. Esempi di architetture CISC includono la famiglia di processori x86, come Pentium di Intel e Ryzen di AMD.

Differenza tra RISC e CISC

1. Le architetture RISC hanno un set di istruzioni semplificato e snello, costituito da un numero limitato di semplici istruzioni. Al contrario, le architetture CISC hanno un set di istruzioni più ampio e complesso con istruzioni che possono eseguire operazioni più complesse.
2. I processori RISC eseguono le istruzioni in un singolo ciclo di clock, rendendo il loro tempo di esecuzione più prevedibile. I processori CISC, d'altra parte, possono richiedere più cicli di clock per eseguire le istruzioni e il tempo di esecuzione può variare a seconda della complessità dell'istruzione.
3. Le architetture RISC utilizzano un'architettura di caricamento/archiviazione, in cui tutte le istruzioni di elaborazione dei dati operano sui dati archiviati nei registri e l'accesso alla memoria è limitato a specifiche istruzioni di caricamento e archiviazione. Le architetture CISC consentono alle istruzioni di accedere direttamente alla memoria, riducendo la necessità di istruzioni di caricamento/archiviazione esplicite.
4. Le architetture RISC sono progettate con una struttura di pipeline semplice e regolare, in cui ogni fase della pipeline esegue un'attività specifica. Ciò consente un pipelining più semplice e un throughput di istruzioni più elevato. Le architetture CISC, con le loro istruzioni più complesse, possono avere pipeline più lunghe e affrontare sfide per ottenere un pipelining efficiente.
5. Le architetture RISC tendono a generare codice più compatto ed efficiente. Il set di istruzioni semplificato e l'attenzione all'ottimizzazione delle operazioni comuni contribuiscono a ridurre le dimensioni del codice. Le architetture CISC, d'altra parte, possono eseguire operazioni complesse in una singola istruzione, riducendo potenzialmente il numero di istruzioni richieste ma risultando in una dimensione del codice maggiore.

Confronto tra RISC e CISC

Parametri di confronto	RISCHIO	CISC
Codifica delle istruzioni	Istruzioni di lunghezza fissa	Istruzioni di lunghezza variabile
Registrati Utilizzo	Enfatizza l'uso estensivo dei registri	Si basa maggiormente sull'accesso alla memoria
Complessità dell'unità di controllo	Design semplice dell'unità di controllo	Design complesso dell'unità di controllo
Rendimento per Watt	Tipicamente più efficiente dal punto di vista energetico	Può consumare più energia per istruzioni complesse
Tempo di sviluppo	Sviluppo più rapido grazie all'architettura più semplice	Tempi di sviluppo più lunghi a causa della complessità

Bibliografia

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