RISC กับ CISC: ความแตกต่างและการเปรียบเทียบ

ประเด็นที่สำคัญ

1. ความซับซ้อนของชุดคำสั่ง: RISC (Reduced Instruction Set Computing) และ CISC (Complex Instruction Set Computing) เป็นตัวแทนของปรัชญาสองประการที่แตกต่างกันในการออกแบบสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์ RISC มุ่งเน้นไปที่คำสั่งง่ายๆ ที่สามารถดำเนินการได้ภายในหนึ่งรอบสัญญาณนาฬิกา ในขณะที่ CISC มีคำสั่งที่ซับซ้อนซึ่งอาจต้องใช้เวลาหลายรอบสัญญาณนาฬิกาในการดำเนินการ แต่จะบรรลุผลสำเร็จมากขึ้นในแต่ละคำสั่ง
2. ประสิทธิภาพและประสิทธิภาพ: สถาปัตยกรรม RISC มีแนวโน้มที่จะมีจำนวนรีจิสเตอร์ที่สูงกว่า และใช้ทรานซิสเตอร์ในรีจิสเตอร์มากกว่าการใช้คำสั่งที่ซับซ้อน ทำให้มีความขนานมากขึ้นและอาจมีประสิทธิภาพสูงขึ้นในบางสถานการณ์ สถาปัตยกรรม CISC ที่มีคำสั่งที่ซับซ้อนมากขึ้น สามารถทำงานที่ซับซ้อนมากขึ้นโดยมีคำสั่งน้อยลง ซึ่งอาจนำไปสู่การใช้หน่วยความจำที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น
3. แอปพลิเคชันและตัวอย่าง: สถาปัตยกรรม RISC มักใช้ในระบบที่ประสิทธิภาพความร้อนและพลังงานมีความสำคัญ เช่น ในอุปกรณ์เคลื่อนที่และระบบฝังตัว ตัวอย่างที่โดดเด่น ได้แก่ โปรเซสเซอร์ ARM สถาปัตยกรรม CISC เช่นเดียวกับที่พบในซีรีส์ x86 ของ Intel ถูกนำมาใช้ในสภาพแวดล้อมเดสก์ท็อปและเซิร์ฟเวอร์ ซึ่งพลังการประมวลผลดิบและความสามารถในการจัดการคำสั่งที่ซับซ้อนอาจเป็นสิ่งสำคัญ

RISC คืออะไร?

RISC ย่อมาจากคอมพิวเตอร์ชุดคำสั่งลด เป็นสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์ประเภทหนึ่งที่เน้นความเรียบง่ายและมีประสิทธิภาพในการออกแบบชุดคำสั่งของโปรเซสเซอร์ ในสถาปัตยกรรม RISC ชุดคำสั่งจะถูกเก็บไว้ให้มีขนาดเล็กและเรียบง่าย ซึ่งประกอบด้วยคำสั่งจำนวนจำกัดที่สามารถดำเนินการได้ในรอบสัญญาณนาฬิกาเดียว ปรัชญาการออกแบบนี้แตกต่างกับคอมพิวเตอร์ชุดคำสั่งที่ซับซ้อน (CISC) ซึ่งมีชุดคำสั่งที่ใหญ่กว่าและซับซ้อนกว่า

โปรเซสเซอร์ RISC มีจำนวนคำสั่งลดลงตั้งแต่ประมาณ 30 ถึง 200 คำสั่ง ซึ่งได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับงานเฉพาะ แต่ละคำสั่งดำเนินการอย่างง่าย และการดำเนินการที่ซับซ้อนถูกสร้างขึ้นโดยการรวมคำสั่งที่ง่ายกว่าหลายคำสั่งเข้าด้วยกัน โปรเซสเซอร์ RISC ทำตามสถาปัตยกรรมโหลด/จัดเก็บ โดยที่ข้อมูลจะถูกโหลดจากหน่วยความจำไปยังรีจิสเตอร์ จัดการภายในรีจิสเตอร์ จากนั้นจึงจัดเก็บกลับไปยังหน่วยความจำ การดำเนินการทางคณิตศาสตร์และตรรกะจะดำเนินการภายในรีจิสเตอร์เป็นหลัก

CISC คืออะไร?

CISC ย่อมาจาก Complex Instruction Set Computer หมายถึงสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์ประเภทหนึ่งที่เน้นชุดคำสั่งขนาดใหญ่ที่มีความซับซ้อนแตกต่างกัน ในสถาปัตยกรรม CISC คำสั่งสามารถดำเนินการที่ซับซ้อนและเข้าถึงหน่วยความจำได้โดยตรง คำสั่งเหล่านี้มีความยาวผันแปรได้และอาจใช้เวลาหลายรอบสัญญาณนาฬิกาในการดำเนินการ

โปรเซสเซอร์ CISC ได้รับการออกแบบมาเพื่อจัดการกับคำสั่งที่ซับซ้อนและลดจำนวนคำสั่งที่จำเป็นในการดำเนินงานให้เหลือน้อยที่สุด มีชุดโหมดการกำหนดแอดเดรสที่หลากหลายและรองรับภาษาระดับสูง ช่วยให้โปรแกรมเมอร์สามารถเขียนโค้ดที่มีขนาดกะทัดรัดมากขึ้น ตัวอย่างของสถาปัตยกรรม CISC ได้แก่ โปรเซสเซอร์ตระกูล x86 เช่น Pentium ของ Intel และ Ryzen ของ AMD

ความแตกต่างระหว่าง RISC และ CISC

1. สถาปัตยกรรม RISC มีชุดคำสั่งที่เรียบง่ายและมีประสิทธิภาพ ซึ่งประกอบด้วยคำสั่งง่ายๆ จำนวนเล็กน้อย ในทางตรงกันข้าม สถาปัตยกรรม CISC มีชุดคำสั่งที่ใหญ่กว่าและซับซ้อนกว่า พร้อมด้วยคำสั่งที่สามารถดำเนินการที่ซับซ้อนมากขึ้นได้
2. โปรเซสเซอร์ RISC ดำเนินการคำสั่งในรอบสัญญาณนาฬิกาเดียว ทำให้สามารถคาดเดาเวลาดำเนินการได้มากขึ้น ในทางกลับกัน โปรเซสเซอร์ CISC อาจต้องใช้รอบสัญญาณนาฬิกาหลายรอบเพื่อดำเนินการตามคำสั่ง และเวลาดำเนินการอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับความซับซ้อนของคำสั่ง
3. สถาปัตยกรรม RISC ใช้สถาปัตยกรรมโหลด/จัดเก็บ โดยที่คำสั่งการประมวลผลข้อมูลทั้งหมดทำงานกับข้อมูลที่จัดเก็บไว้ในรีจิสเตอร์ และการเข้าถึงหน่วยความจำนั้นจำกัดอยู่ที่คำสั่งการโหลดและการจัดเก็บเฉพาะ สถาปัตยกรรม CISC อนุญาตให้มีคำสั่งในการเข้าถึงหน่วยความจำโดยตรง ซึ่งช่วยลดความจำเป็นในการโหลด/จัดเก็บคำสั่งที่ชัดเจน
4. สถาปัตยกรรม RISC ได้รับการออกแบบให้มีโครงสร้างไปป์ไลน์ที่เรียบง่ายและสม่ำเสมอ โดยแต่ละขั้นตอนของไปป์ไลน์จะทำหน้าที่เฉพาะ ซึ่งช่วยให้การวางท่อง่ายขึ้นและทรูพุตคำสั่งที่สูงขึ้น สถาปัตยกรรม CISC ซึ่งมีคำสั่งที่ซับซ้อนกว่า อาจมีไปป์ไลน์ที่ยาวกว่าและเผชิญกับความท้าทายในการบรรลุการวางท่อที่มีประสิทธิภาพ
5. สถาปัตยกรรม RISC มีแนวโน้มที่จะสร้างโค้ดที่มีขนาดกะทัดรัดและมีประสิทธิภาพมากขึ้น ชุดคำสั่งที่เรียบง่ายและมุ่งเน้นไปที่การปรับการดำเนินการทั่วไปให้เหมาะสมช่วยให้โค้ดมีขนาดเล็กลง ในทางกลับกัน สถาปัตยกรรม CISC สามารถดำเนินการที่ซับซ้อนได้ในคำสั่งเดียว ซึ่งอาจลดจำนวนคำสั่งที่จำเป็นลง แต่ส่งผลให้ขนาดโค้ดใหญ่ขึ้น

การเปรียบเทียบระหว่าง RISC และ CISC

พารามิเตอร์ของการเปรียบเทียบ	RISC	CISC
การเข้ารหัสคำสั่ง	คำแนะนำที่มีความยาวคงที่	คำแนะนำที่มีความยาวผันแปรได้
ลงทะเบียนการใช้งาน	เน้นการใช้รีจิสเตอร์อย่างกว้างขวาง	อาศัยการเข้าถึงหน่วยความจำมากขึ้น
ความซับซ้อนของหน่วยควบคุม	การออกแบบหน่วยควบคุมที่เรียบง่าย	การออกแบบหน่วยควบคุมที่ซับซ้อน
ประสิทธิภาพต่อวัตต์	โดยทั่วไปแล้วจะประหยัดพลังงานมากกว่า	อาจใช้พลังงานมากขึ้นสำหรับคำสั่งที่ซับซ้อน
เวลาในการพัฒนา	การพัฒนาเร็วขึ้นเนื่องจากสถาปัตยกรรมที่เรียบง่ายกว่า	เวลาในการพัฒนานานขึ้นเนื่องจากความซับซ้อน

อ้างอิง

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

อัพเดตล่าสุด : 21 สิงหาคม 2023