RISC と CISC: 違いと比較

主なポイント

1. 命令セットの複雑さ: RISC (縮小命令セット コンピューティング) と CISC (複雑命令セット コンピューティング) は、コンピュータ アーキテクチャの設計における XNUMX つの異なる哲学を表しています。 RISC は XNUMX クロック サイクル内で実行できる単純な命令に重点を置いていますが、CISC には、実行に複数のクロック サイクルがかかるものの、各命令でより多くのことを達成できる複雑な命令が含まれています。
2. パフォーマンスと効率性: RISC アーキテクチャは、より多くのレジスタを持ち、複雑な命令ではなくレジスタに多くのトランジスタを費やす傾向があるため、特定の状況ではより多くの並列処理が可能になり、パフォーマンスが向上する可能性があります。 より複雑な命令を備えた CISC アーキテクチャでは、より少ない命令でより複雑なタスクを実行できるため、メモリの使用効率が向上する可能性があります。
3. 応用例と例: RISC アーキテクチャは、モバイル デバイスや組み込みシステムなど、熱と電力の効率が重要なシステムでよく使用されます。 注目すべき例としては、ARM プロセッサが挙げられます。 Intel の x86 シリーズに見られるような CISC アーキテクチャは、生の処理能力と複雑な命令を処理する能力が重要となるデスクトップおよびサーバー環境で使用されます。

RISCとは何ですか？

RISC は Reduced struction Set Computer の略です。 これは、プロセッサの命令セットの設計における単純さと効率に重点を置いたコンピュータ アーキテクチャの一種です。 RISC アーキテクチャでは、命令セットは意図的に小さくシンプルに保たれ、単一クロック サイクルで実行できる限られた数の命令で構成されます。 この設計理念は、より大規模で複雑な命令セットを備えた複雑命令セット コンピューター (CISC) とは対照的です。

RISC プロセッサの命令数は約 30 ～ 200 と少なく、特定のタスク用に最適化されています。 各命令は単純な演算を実行し、複雑な演算は複数の単純な命令を組み合わせて構築されます。 RISC プロセッサはロード/ストア アーキテクチャに従っており、データはメモリからレジスタにロードされ、レジスタ内で操作されてからメモリに戻されます。 算術演算と論理演算は主にレジスタ内で実行されます。

CISCとは？

CISC は複雑な命令セット コンピューターの略です。 これは、さまざまな複雑さを持つ大規模な命令セットを重視するコンピューター アーキテクチャの一種を指します。 CISC アーキテクチャでは、命令は複雑な操作を実行し、メモリに直接アクセスできます。 これらの命令は長さが可変であり、実行には複数のクロック サイクルがかかる場合があります。

CISC プロセッサは、複雑な命令を処理し、タスクの実行に必要な命令の数を最小限に抑えるように設計されています。これらは、豊富なアドレッシング モードと高級言語のサポートを提供し、プログラマがよりコンパクトなコードを作成できるようにします。 CISC アーキテクチャの例には、Intel の Pentium や AMD の Ryzen などの x86 ファミリのプロセッサが含まれます。

RISCとCISCの違い

1. RISC アーキテクチャには、少数の単純な命令で構成される、簡素化され合理化された命令セットがあります。 対照的に、CISC アーキテクチャには、より複雑な操作を実行できる命令を含む、より大規模で複雑な命令セットがあります。
2. RISC プロセッサは単一クロック サイクルで命令を実行するため、実行時間がより予測可能になります。 一方、CISC プロセッサは命令を実行するのに複数のクロック サイクルを必要とする場合があり、実行時間は命令の複雑さによって異なります。
3. RISC アーキテクチャはロード/ストア アーキテクチャを採用しており、すべてのデータ処理命令はレジスタに格納されたデータに対して動作し、メモリ アクセスは特定のロードおよびストア命令に限定されます。 CISC アーキテクチャでは、命令がメモリに直接アクセスできるため、明示的なロード/ストア命令の必要性が減ります。
4. RISC アーキテクチャは、パイプラインの各ステージが特定のタスクを実行する、単純かつ規則的なパイプライン構造で設計されています。 これにより、パイプライン処理が容易になり、命令スループットが向上します。 CISC アーキテクチャでは、命令がより複雑になるため、パイプラインが長くなり、効率的なパイプラインを実現する際に課題に直面する可能性があります。
5. RISC アーキテクチャは、よりコンパクトで効率的なコードを生成する傾向があります。 命令セットを簡素化し、一般的な操作の最適化に重点を置くことで、コード サイズが小さくなります。 一方、CISC アーキテクチャは、単一の命令で複雑な演算を実行できるため、必要な命令の数は減る可能性がありますが、コード サイズは大きくなります。

RISCとCISCの比較

比較のパラメータ	RISC	CISC
命令エンコーディング	固定長命令	可変長命令
使用状況を登録する	レジスタの広範な使用を強調する	メモリアクセスへの依存度が高まる
制御ユニットの複雑さ	シンプルな制御ユニット設計	複雑な制御ユニットの設計
ワットあたりのパフォーマンス	通常は電力効率が高くなります	複雑な命令ではより多くの電力を消費する可能性があります
開発時間	シンプルなアーキテクチャによる開発の迅速化	複雑さによる開発時間が長くなる

参考情報

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