RISC vs CISC: Sự khác biệt và so sánh

Chìa khóa chính

1. Độ phức tạp của tập lệnh: RISC (Điện toán tập lệnh giảm) và CISC (Điện toán tập lệnh phức tạp) đại diện cho hai triết lý khác nhau trong việc thiết kế kiến ​​trúc máy tính. RISC tập trung vào các lệnh đơn giản có thể được thực thi trong một chu kỳ đồng hồ, trong khi CISC bao gồm các lệnh phức tạp có thể mất nhiều chu kỳ đồng hồ để thực thi nhưng đạt được nhiều hơn với mỗi lệnh.
2. Hiệu suất và Hiệu quả: Kiến trúc RISC có xu hướng có số lượng thanh ghi cao hơn và sử dụng nhiều bóng bán dẫn hơn cho các thanh ghi thay vì cho các lệnh phức tạp, cho phép xử lý song song hơn và có khả năng đạt hiệu suất cao hơn trong một số trường hợp nhất định. Kiến trúc CISC, với các lệnh phức tạp hơn, có thể thực hiện các tác vụ phức tạp hơn với ít lệnh hơn, có khả năng dẫn đến việc sử dụng bộ nhớ hiệu quả hơn.
3. Ứng dụng và ví dụ: Kiến trúc RISC thường được sử dụng trong các hệ thống mà hiệu suất sử dụng nhiệt và điện là rất quan trọng, chẳng hạn như trong các thiết bị di động và hệ thống nhúng. Các ví dụ đáng chú ý bao gồm bộ xử lý ARM. Kiến trúc CISC, giống như kiến ​​trúc trong dòng x86 của Intel, được sử dụng trong môi trường máy tính để bàn và máy chủ, nơi sức mạnh xử lý thô và khả năng xử lý các lệnh phức tạp có thể rất quan trọng.

RISC là gì?

RISC là viết tắt của Máy tính tập lệnh giảm. Nó là một loại kiến ​​trúc máy tính tập trung vào sự đơn giản và hiệu quả trong thiết kế tập lệnh của bộ xử lý. Trong kiến ​​trúc RISC, tập lệnh được cố ý giữ ở mức nhỏ và đơn giản, bao gồm một số lệnh hạn chế có thể được thực hiện trong một chu kỳ đồng hồ. Triết lý thiết kế này trái ngược với Máy tính có tập lệnh phức tạp (CISC), có tập lệnh lớn hơn và phức tạp hơn.

Bộ xử lý RISC có số lượng lệnh giảm, từ khoảng 30 đến 200, được tối ưu hóa cho các tác vụ cụ thể. Mỗi lệnh thực hiện một thao tác đơn giản và các thao tác phức tạp được xây dựng bằng cách kết hợp nhiều lệnh đơn giản hơn. Bộ xử lý RISC tuân theo kiến ​​trúc tải/lưu trữ, trong đó dữ liệu được tải từ bộ nhớ vào các thanh ghi, được thao tác trong các thanh ghi và sau đó được lưu trở lại bộ nhớ. Các phép toán số học và logic chủ yếu được thực hiện trong các thanh ghi.

CISC là gì?

CISC là viết tắt của Máy tính tập lệnh phức tạp. Nó đề cập đến một loại kiến ​​trúc máy tính nhấn mạnh vào một tập hợp lớn các hướng dẫn với độ phức tạp khác nhau. Trong kiến ​​trúc CISC, các lệnh có thể thực hiện các thao tác phức tạp và truy cập bộ nhớ một cách trực tiếp. Các lệnh này có độ dài thay đổi và có thể mất nhiều chu kỳ xung nhịp để thực thi.

Bộ xử lý CISC được thiết kế để xử lý các lệnh phức tạp và giảm thiểu số lượng lệnh cần thiết để thực hiện một tác vụ. Chúng cung cấp một tập hợp phong phú các chế độ địa chỉ và hỗ trợ các ngôn ngữ cấp cao, cho phép các lập trình viên viết mã nhỏ gọn hơn. Ví dụ về kiến ​​trúc CISC bao gồm dòng bộ xử lý x86, chẳng hạn như Pentium của Intel và Ryzen của AMD.

Sự khác biệt giữa RISC và CISC

1. Kiến trúc RISC có tập lệnh đơn giản và hợp lý, bao gồm một số lượng nhỏ các lệnh đơn giản. Ngược lại, kiến ​​trúc CISC có tập lệnh lớn hơn và phức tạp hơn với các lệnh có thể thực hiện các thao tác phức tạp hơn.
2. Bộ xử lý RISC thực hiện các lệnh trong một chu kỳ đồng hồ duy nhất, giúp thời gian thực hiện của chúng dễ dự đoán hơn. Mặt khác, bộ xử lý CISC có thể yêu cầu nhiều chu kỳ xung nhịp để thực hiện các lệnh và thời gian thực hiện có thể thay đổi tùy thuộc vào độ phức tạp của lệnh.
3. Kiến trúc RISC sử dụng kiến ​​trúc tải/lưu trữ, trong đó tất cả các lệnh xử lý dữ liệu hoạt động trên dữ liệu được lưu trữ trong các thanh ghi và quyền truy cập bộ nhớ bị giới hạn ở các lệnh tải và lưu trữ cụ thể. Kiến trúc CISC cho phép các lệnh truy cập trực tiếp vào bộ nhớ, giảm nhu cầu về các lệnh tải/lưu trữ rõ ràng.
4. Kiến trúc RISC được thiết kế với cấu trúc đường ống thông thường và đơn giản, trong đó mỗi giai đoạn của đường ống thực hiện một nhiệm vụ cụ thể. Điều này cho phép tạo đường ống dễ dàng hơn và thông lượng hướng dẫn cao hơn. Kiến trúc CISC, với các hướng dẫn phức tạp hơn, có thể có đường ống dẫn dài hơn và đối mặt với những thách thức trong việc đạt được đường ống hiệu quả.
5. Kiến trúc RISC có xu hướng tạo mã nhỏ gọn và hiệu quả hơn. Tập lệnh được đơn giản hóa và tập trung vào việc tối ưu hóa các hoạt động chung góp phần làm cho kích thước mã nhỏ hơn. Mặt khác, kiến ​​trúc CISC có thể thực hiện các hoạt động phức tạp trong một lệnh duy nhất, có khả năng giảm số lượng lệnh cần thiết nhưng dẫn đến kích thước mã lớn hơn.

So sánh giữa RISC và CISC

Các thông số so sánh	RISC	CISC
Mã hóa hướng dẫn	Hướng dẫn có độ dài cố định	Hướng dẫn có độ dài thay đổi
Đăng ký sử dụng	Nhấn mạnh việc sử dụng rộng rãi các thanh ghi	Phụ thuộc nhiều hơn vào truy cập bộ nhớ
Độ phức tạp của đơn vị điều khiển	Thiết kế đơn vị điều khiển đơn giản	Thiết kế đơn vị điều khiển phức tạp
Hiệu suất mỗi Watt	Thường tiết kiệm điện hơn	Có thể tiêu thụ nhiều năng lượng hơn cho các hướng dẫn phức tạp
Thời gian phát triển	Phát triển nhanh hơn do kiến ​​trúc đơn giản hơn	Thời gian phát triển lâu hơn do phức tạp

dự án

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

Cập nhật lần cuối: ngày 21 tháng 2023 năm XNUMX