RISC против CISC: разница и сравнение

Основные выводы

1. Сложность набора инструкций: RISC (вычисления с сокращенным набором инструкций) и CISC (вычисления со сложным набором инструкций) представляют собой две разные философии проектирования компьютерных архитектур. RISC фокусируется на простых инструкциях, которые могут быть выполнены в течение одного такта, тогда как CISC включает в себя сложные инструкции, выполнение которых может занять несколько тактов, но с каждой инструкцией можно добиться большего.
2. Производительность и эффективность: RISC-архитектуры, как правило, имеют большее количество регистров и тратят больше транзисторов на регистры, чем на сложные инструкции, что обеспечивает больший параллелизм и потенциально более высокую производительность в определенных ситуациях. Архитектуры CISC с их более сложными инструкциями могут выполнять более сложные задачи с меньшим количеством инструкций, что потенциально приводит к более эффективному использованию памяти.
3. Приложения и примеры: RISC-архитектуры обычно используются в системах, где эффективность нагрева и энергопотребления имеют решающее значение, например, в мобильных устройствах и встроенных системах. Яркие примеры включают процессоры ARM. Архитектуры CISC, подобные тем, что используются в серии Intel x86, используются в настольных и серверных средах, где чистая вычислительная мощность и способность обрабатывать сложные инструкции могут иметь решающее значение.

Что такое РИСК?

RISC расшифровывается как «Компьютер с сокращенным набором инструкций». Это тип компьютерной архитектуры, ориентированный на простоту и эффективность конструкции набора инструкций процессора. В архитектуре RISC набор инструкций намеренно сделан небольшим и простым, состоящим из ограниченного числа инструкций, которые могут выполняться за один такт. Эта философия дизайна контрастирует с компьютерами со сложным набором инструкций (CISC), которые имеют более крупные и сложные наборы инструкций.

RISC-процессоры имеют уменьшенное количество инструкций (от 30 до 200), оптимизированных для конкретных задач. Каждая инструкция выполняет простую операцию, а сложные операции создаются путем объединения нескольких более простых инструкций. Процессоры RISC используют архитектуру загрузки/сохранения, при которой данные загружаются из памяти в регистры, обрабатываются внутри регистров и затем сохраняются обратно в память. Арифметические и логические операции в основном выполняются внутри регистров.

Что такое ЦИСК?

CISC означает «Компьютер со сложным набором команд». Это относится к типу компьютерной архитектуры, в которой упор делается на большой набор инструкций различной сложности. В архитектуре CISC инструкции могут выполнять сложные операции и напрямую обращаться к памяти. Эти инструкции имеют переменную длину, и их выполнение может занять несколько тактов.

Процессоры CISC предназначены для обработки сложных инструкций и минимизации количества инструкций, необходимых для выполнения задачи. Они предоставляют богатый набор режимов адресации и поддержку языков высокого уровня, что позволяет программистам писать более компактный код. Примеры архитектур CISC включают процессоры семейства x86, такие как Intel Pentium и AMD Ryzen.

Разница между RISC и CISC

1. RISC-архитектуры имеют упрощенный и оптимизированный набор инструкций, состоящий из небольшого количества простых инструкций. Напротив, архитектуры CISC имеют более крупный и сложный набор инструкций, которые могут выполнять более сложные операции.
2. Процессоры RISC выполняют инструкции за один такт, что делает время их выполнения более предсказуемым. С другой стороны, процессорам CISC может потребоваться несколько тактовых циклов для выполнения инструкций, а время выполнения может варьироваться в зависимости от сложности инструкции.
3. RISC-архитектуры используют архитектуру загрузки/сохранения, в которой все инструкции обработки данных работают с данными, хранящимися в регистрах, а доступ к памяти ограничен конкретными инструкциями загрузки и сохранения. Архитектуры CISC позволяют инструкциям иметь прямой доступ к памяти, уменьшая необходимость в явных инструкциях загрузки/сохранения.
4. Архитектуры RISC разработаны с простой и регулярной структурой конвейера, где каждый этап конвейера выполняет определенную задачу. Это позволяет упростить конвейерную обработку и повысить пропускную способность инструкций. Архитектуры CISC с их более сложными инструкциями могут иметь более длинные конвейеры и сталкиваться с трудностями при достижении эффективной конвейерной обработки.
5. Архитектуры RISC имеют тенденцию генерировать более компактный и эффективный код. Упрощенный набор инструкций и ориентация на оптимизацию общих операций способствуют уменьшению размера кода. Архитектуры CISC, с другой стороны, могут выполнять сложные операции в одной инструкции, потенциально уменьшая количество требуемых инструкций, но приводя к большему размеру кода.

Сравнение между RISC и CISC

Параметры сравнения	RISC	CISC
Кодировка инструкций	Инструкции фиксированной длины	Инструкции переменной длины
Регистрация Использование	Подчеркивает широкое использование регистров	Больше зависит от доступа к памяти
Сложность блока управления	Простая конструкция блока управления	Сложная конструкция блока управления
Производительность на ватт	Обычно более энергоэффективный	Может потреблять больше энергии для сложных инструкций
Время разработки	Более быстрая разработка благодаря более простой архитектуре	Более длительное время разработки из-за сложности

Рекомендации

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

Последнее обновление: 21 августа 2023 г.