Разбиране за RISC и CISC архитектурите

Разбиране за RISC и CISC архитектурите

Набор от инструкции или архитектура на набори от инструкции е структурата на компютъра, която предоставя команди на компютъра за насочване на компютъра за обработка на манипулация на данни. Комплектът инструкции се състои от инструкции, режими за адресиране, естествени типове данни, регистри, прекъсвания, обработка на изключения и архитектура на паметта. Комплектът инструкции може да се емулира в софтуер с помощта на интерпретатор или да се вгради в хардуера на процесора. Инструкция за архитектура може да се разглежда като граница между софтуера и хардуера. Класификация на микроконтролерите и микропроцесорите могат да бъдат направени въз основа на архитектурата на набора от инструкции RISC и CISC.



Комплект инструкции на процесора

Комплект инструкции на процесора

Инструкцията определя функционалността на процесора, включително операциите, поддържани от процесора, механизмите за съхранение на процесора и начина за компилиране на програмите към процесора.






Какво е RISC и CISC?

The RISC и CISC може да се разшири, както следва:

RISC представлява Компютърът с намалени инструкции и
CISC представлява Компютърният Комплекс с инструкции.



RISC (Компютър с намален набор от инструкции) Архитектура

RISC архитектура

RISC архитектура

The архитектура на микроконтролера който използва малък и силно оптимизиран набор от инструкции, се нарича Компютър с намалени инструкции или просто се нарича RISC. Също така се нарича архитектура LOAD / STORE.

В края на 70-те и началото на 80-те години RISC проектите бяха разработени предимно от Станфорд, UC-Berkley и IBM. Джон Коук от изследователския екип на IBM разработи RISC, като намали броя на инструкциите, необходими за обработка на изчисленията по-бързо от CISC. RISC архитектурата е по-бърза и чиповете, необходими за производството на RISC архитектура, също са по-евтини в сравнение с CISC архитектурата.


Типични характеристики на RISC архитектурата

  • Техниката на конвейеризиране на RISC изпълнява едновременно множество части или етапи от инструкции, така че всяка инструкция на процесора да бъде оптимизирана. Следователно, RISC процесорите имат Clock per Instruction на един цикъл и това се нарича Изпълнение на един цикъл.
  • Той оптимизира използване на регистър с по-голям брой регистри в RISC и по-голям брой взаимодействия в паметта могат да бъдат предотвратени.
  • Опростени режими на адресиране, дори сложно адресиране могат да се извършват с помощта на аритметика И / ИЛИ логически операции .
  • Той опростява дизайна на компилатора, като използва идентични регистри с общо предназначение, което позволява всеки регистър да се използва във всеки контекст.
  • За ефективно използване на регистрите и оптимизиране на използването на конвейер, се изисква намален набор от инструкции.
  • Броят на битовете, използвани за опкода, е намален.
  • Като цяло в RISC има 32 или повече регистри.

Предимства на архитектурата на процесора RISC

  • Поради малкия набор от инструкции на RISC, езиковите компилатори на високо ниво могат да създадат по-ефективен код.
  • RISC позволява свобода на използване на пространството микропроцесори поради своята простота.
  • Вместо да използват Stack, много RISC процесори използват регистрите за предаване на аргументи и задържане на локалните променливи.
  • Функциите RISC използват само няколко параметъра и процесорите RISC не могат да използват инструкциите за повикване и следователно използват инструкции с фиксирана дължина, които са лесни за транспортиране.
  • Скоростта на операцията може да бъде максимизирана и времето за изпълнение може да бъде сведено до минимум.
  • Необходими са много по-малък брой формати на инструкции (по-малко от четири), няколко броя инструкции (около 150) и няколко режима за адресиране (по-малко от четири).

Недостатъци на архитектурата на процесора RISC

  • С увеличаването на дължината на инструкциите, сложността се увеличава за изпълнение на RISC процесорите поради неговия цикъл на символи за инструкция.
  • Ефективността на RISC процесорите зависи най-вече от компилатора или програмиста, тъй като знанията за компилатора играят основна роля при конвертиране на CISC кода в RISC код, следователно качеството на генерирания код зависи от компилатора.
  • Докато преназначаването на CISC кода в RISC код, наречено разширяване на кода, ще увеличи размера. И качеството на това разширяване на кода отново ще зависи от компилатора, а също и от набора инструкции на машината.
  • Кешът от първо ниво на RISC процесорите също е недостатък на RISC, при който тези процесори имат големи кеш памет на самия чип. За да се хранят инструкциите, те изискват много системи за бърза памет .

Архитектура на CISC (Комплекс с инструкции)

Основното предназначение на архитектурата на процесора CISC е да изпълни задачата, като използва по-малък брой поточни линии. За тази цел процесорът е изграден за изпълнение на поредица от операции. Сложната инструкция също се нарича MULT, която работи банки памет на компютър директно, без да прави компилатора да изпълнява функции за съхранение и зареждане.

CISC архитектура

CISC архитектура

Характеристики на CISC архитектурата

  • За да се опрости компютърната архитектура, CISC поддържа микропрограмиране.
  • CISC имат повече на брой предварително дефинирани инструкции, което прави езиците на високо ниво лесни за проектиране и изпълнение.
  • CISC се състои от по-малък брой регистри и по-голям брой режими за адресиране, обикновено от 5 до 20.
  • Процесорът CISC отнема различно време на цикъл за изпълнение на инструкции - многотактови цикли.
  • Поради сложния набор от инструкции на CISC, техниката на конвейериране е много трудна.
  • CISC се състои от повече инструкции, обикновено от 100 до 250.
  • Специални инструкции се използват много рядко.
  • Операндите в паметта се манипулират с инструкции.

Предимства на CISC архитектурата

  • Всяка инструкция за машинен език се групира в инструкция за микрокод и се изпълнява по съответния начин, след което се съхранява вградена в паметта на основния процесор, наречена реализация на микрокод.
  • Тъй като паметта на микрокода е по-бърза от основната памет, наборът от инструкции за микрокод може да бъде реализиран без значително намаляване на скоростта в сравнение с изпълнението на твърди кабели.
  • Целият нов набор от инструкции може да бъде обработен чрез промяна на дизайна на микропрограмата.
  • CISC, броят на инструкциите, необходими за изпълнение на програма, може да бъде намален чрез изграждане на богати набори от инструкции и може също така да бъде използвано за по-ефективно използване на бавна основна памет.
  • Поради набора от инструкции, който се състои от всички по-ранни инструкции, това прави микро кодирането лесно.

Недостатъци на CISC

  • Времето на часовника, отнемано от различните инструкции, ще бъде различно - поради това - работата на машината се забавя.
  • Сложността на инструкциите и хардуерът на чипа се увеличават, тъй като всяка нова версия на процесора се състои от подмножество от по-ранни поколения.
  • Само 20% от съществуващите инструкции се използват в типично програмно събитие, въпреки че съществуват много специализирани инструкции, които дори не се използват често.
  • Условните кодове се задават от инструкциите на CISC като страничен ефект от всяка инструкция, което отнема време за тази настройка - и тъй като следващата инструкция променя битовете на кода на условията - така компилаторът трябва да провери битовете на кода на условието, преди това да се случи.

RISC Vs. CISC

  • Циклите на загуба могат да бъдат предотвратени от програмиста чрез премахване на ненужния код в RISC, но докато използването на CISC кода води до загуба на цикли поради неефективността на CISC.
  • В RISC всяка инструкция е предназначена да изпълнява малка задача, така че за изпълнение на сложна задача да се използват множество малки инструкции заедно, докато само няколко инструкции са необходими за изпълнение на същата задача с помощта на CISC - тъй като тя е в състояние да изпълнява сложна задача тъй като инструкциите са подобни на високоезичен код.
  • CISC обикновено се използва за компютри, докато RISC се използва за смарт телефони, таблети и други електронни устройства.

Следващата фигура показва повече разлики между RISC и CISC

RISC Vs. CISC

RISC Vs. CISC

По този начин в тази статия се разглеждат характеристиките на RISC и CISC архитектурите на предимствата и недостатъците на RISC и CISC архитектурите на RISC и CISC процесорите, както и разликите между RISC и CISC архитектурите с кратка идея. За повече информация относно RISC и CISC архитектурите, моля публикувайте вашите запитвания, като коментирате по-долу.

Кредити за снимки: