Hvordan er RISC og CISC CPUer forskjellige?

Hvis du er en teknisk entusiast, har du kanskje hørt ordene Redusert instruksjons datamaskin (RISC) og Kompleks instruksjons datamaskin (CISC). Og hvis du tilfeldigvis vet litt om datamaskiner, kan du også vite at disse vilkårene refererer til forskjellige måter å designe en prosessor på.

For eksempel har ARM-prosessoren i telefonen din en RISC-arkitektur. I motsetning har x86-prosessoren på datamaskinen din en CISC-design.

Men hva er forskjellen mellom RISC og CISC? La oss dykke litt dypere og finne ut av det.

Hva er et instruksjonssett?

Hver gang vi snakker om forskjellige sentrale prosesseringsenheter (CPU), er en av tingene vi må snakke om, instruksjonssettet.

Instruksjonssettet til en CPU er settet med operasjoner som en CPU kan utføre naturlig. Dette er operasjonene som er kodet i CPUen på maskinvarenivå. Dette settet kan inneholde alt fra noen få til tusenvis av instruksjoner, avhengig av CPU-design.

Med andre ord, en CPU kan ikke utføre noen operasjoner som ligger utenfor instruksjonssettet, fordi den ikke har maskinvaren for det.

La oss bruke en analogi for å forstå dette bedre. Ta eksemplet med en lyspære. Produsenten av en lyspære har designet pæren for å konvertere strøm til lys. Og en lyspære kan gjøre dette fordi maskinvaren støtter den naturlig.

I hovedsak kan en lyspære bare konvertere strøm til lys og ingenting annet.

På samme måte er instruksjonssettet til en CPU det settet med operasjoner som maskinvaren til CPUen muliggjør. For eksempel har nesten alle CPUer en "Move" -instruksjon i instruksjonssettet. Instruksjonen "Flytt" tar noen data fra en kildelagringsplass og flytter den til en destinasjonslagringsplass.

Når en CPU trenger å flytte data, vet den nøyaktig hvordan du gjør det fordi maskinvaren er designet rundt den.

Kort sagt inneholder et instruksjonssett alle de operasjonene som en CPU støtter på maskinvarenivå.

Hvordan fungerer en CPU?

En CPU er en labyrint av elektriske kretser. Disse elektriske kretsene er designet på en bestemt måte for å gi CPU-en sin opprinnelige instruksjonssett. Så den vet bare hvordan man skal utføre operasjonene i et instruksjonssett, da det har kretsene til å gjøre dette.

For å få CPU til å utføre en bestemt operasjon, utløses kretsene som tilsvarer den operasjonen gjennom et elektrisk signal. Og når en krets er utløst, utfører CPU rutinen assosiert med den kretsen.

For å få CPU til å utføre komplekse operasjoner som å sende en tweet, skyter programvare millioner av elektriske signaler hvert sekund, hver målrettet mot en spesifikk instruksjon fra instruksjonssettet til PROSESSOR.

Det er her konseptet med RIS og CIS kommer inn.

Hva er RISC?

Som navnet antyder, har en RISC-basert CPU et forenklet sett med operasjoner. Disse forenklede instruksjonene oppnår enkle mål og tar bare en syklus å fullføre.

Og fordi RISC har enkle instruksjoner, trenger ikke CPU-en å ha kompliserte kretsløp for å utføre disse instruksjonene. Dette er også grunnen til at RISC-design er maskinvaremessig billigere å implementere.

I slekt: Hvorfor er telefonen min tregere enn min PC? Smartphone vs. Skrivebordshastigheter forklart

For å forstå en RISC-CPU mer detaljert, la oss se på designprinsippene til RISC-baserte CPUer.

Først fullfører RISC-CPUer hver instruksjon i en enkelt syklus.

For det andre utfører RISC-prosessorer bare operasjoner på data som er lagret i registre. Dette er fordi en av de viktigste flaskehalsene til en CPUs evne til å utføre oppgaver, er den enorme uoverensstemmelsen mellom CPU-hastighet og hovedminnehastighet. Hovedminnet er supertregt sammenlignet med en CPU.

I slekt: En rask og skitten guide til RAM: Hva du trenger å vite

Så hvis en CPU må bruke data som er lagret i hovedminnet, vil det flaskehalsen på enheten, og prosessen vil være treg. I et RISC-design blir dataene lastet og lagret i registerene på CPU, fordi registerene er mye nærmere CPU-hastighet enn hovedminnet.

For det tredje er RISC-instruksjonene enkle nok til at det ikke er noe lag med tolkende mikrokode for å oversette instruksjonene til enklere former.

Og til slutt støtter RISC design rørledninger for å utføre deler av flere instruksjoner samtidig. Fordi RISC-design-prosessorer har høyere klokkehastigheter, er de usedvanlig raske. Rørledning er en måte å dra nytte av denne hastigheten og utføre deler av flere instruksjoner for ekstra effektivitet.

Lang historie kort, RISC-prosessorer har enkle instruksjoner, høyere klokkehastigheter, effektiv rørledningsstruktur, last-butikk-drift på registerene, og kan utføre instruksjoner i en syklus.

Hva er CISC?

CISC er det motsatte av RISC på nesten alle viktige områder. Nesten alle stasjonære sjetonger har et CISC-design.

For det første er CISC-designinstruksjoner komplekse og krever derfor et lag med mikrokode for å oversette til simpleksinstruksjoner.

For det andre kan CISC-instruksjoner ta flere CPU-sykluser å utføre.

For det tredje er rørledning ikke like effektiv i CISC, og det er enda vanskeligere å implementere på grunn av den komplekse naturen til CISC-instruksjoner.

Kort sagt, CPUer med CISC-arkitektur kan utføre mange operasjoner i en kompleks instruksjon. Men instruksjonen tar flere sykluser å fullføre, er vanskeligere å bruke i rørledninger, og det krever mye kretsløp på CPUen.

RISC vs. CISC: Viktige forskjeller

Hovedforskjellen mellom RISC og CISC er typen instruksjoner de utfører.

RISC-instruksjoner er enkle, utfører bare en operasjon, og en CPU kan utføre dem i en syklus.

CISC-instruksjoner pakker derimot i en rekke operasjoner. Så, CPUen kan ikke utføre dem i en syklus.

Instruksjoner er også grunnen til at RISC-prosessorer støtter rørledninger fra første gang, og CISC-prosessorer har vanskeligere for det. Med RISC er instruksjonene enkle nok til at de kan utføres i deler. Dette er vanskeligere å gjøre med CISC på grunn av instruksjonens komplekse natur.

Neste, i motsetning til RISC, kan CISC-instruksjoner fungere direkte fra RAM. Så det er ikke nødvendig å utføre separate laste- / butikkoperasjoner i CISC-design.

Til slutt er maskinvarekravene for et CISC-design høyere enn for et RISC-design, siden CISC krever at komplekse instruksjoner skal bygges inn i CPU-maskinvaren. I hovedsak, hva CISC oppnår med maskinvare, tar RISC sikte på å oppnå med programvaren.

Dette er grunnen til at programmer rettet mot en CISC-arkitektur, har færre kodelinjer fordi instruksjonene selv håndterer mange operasjoner.

Det er fordeler og ulemper med både RISC og CISC

Ingen moderne prosessorer er helt basert på verken RISC eller CISC. Moderne prosessorer innlemmer designfilosofiene til begge arkitekturer for å oppnå det beste fra begge verdener. For eksempel er x86-arkitekturen som AMD bruker primært CISC, men har en mikrokode for å konvertere komplekse instruksjoner til enkle RISC-lignende reduserte instruksjoner.

Så i motsetning til prosessorene i det siste århundret, har moderne CPUer utviklet seg utover en enkel RISC- eller CISC-klassifisering.

12 unødvendige Windows-programmer og apper du bør avinstallere

Lurer du på hvilke Windows 10-apper som skal avinstalleres? Her er flere unødvendige Windows 10-apper, programmer og bloatware du bør fjerne.

Les Neste

Om forfatteren