Hur skiljer sig RISC- och CISC-processorer?

Om du är en teknisk entusiast kanske du har hört orden Reduced Instruction Set Computer (RISC) och Complex Instruction Set Computer (CISC). Och om du råkar känna till en hel del om datorer, kanske du också vet att dessa termer hänvisar till olika sätt att utforma en processor.

Till exempel har ARM-processorn i din telefon en RISC-arkitektur. Däremot har x86-processorn i din dator en CISC-design.

Men vad är skillnaden mellan RISC och CISC? Låt oss gräva lite djupare och ta reda på det.

Vad är en instruktionsuppsättning?

När vi talar om olika designprocesser (CPU) är en av de saker vi måste prata om instruktionsuppsättningen.

Instruktionsuppsättningen för en CPU är den uppsättning operationer som en CPU kan utföra nativt. Det här är de operationer som är kodade i processorn på hårdvarunivå. Denna uppsättning kan innehålla allt från några till tusentals instruktioner, beroende på CPU-design.

Med andra ord kan en processor inte utföra någon operation som ligger utanför instruktionsuppsättningen, eftersom den inte har hårdvaran för den.

Låt oss använda en analogi för att förstå detta bättre. Ta exemplet på en glödlampa. Tillverkaren av en glödlampa har designat glödlampan för att omvandla el till ljus. Och en glödlampa kan göra detta eftersom hårdvaran stöder den naturligt.

I grund och botten kan en glödlampa bara omvandla elektricitet till ljus och ingenting annat.

På samma sätt är instruktionsuppsättningen för en CPU den uppsättning operationer som maskinvaran för CPU möjliggör. Till exempel har nästan alla processorer en "Move" -instruktion i sin instruktionsuppsättning. Instruktionen "Flytta" tar lite data från ett källlagringsutrymme och flyttar det till ett mållagringsutrymme.

När en processor behöver flytta lite data vet den exakt hur man gör det eftersom hårdvaran har utformats runt den.

Kort sagt innehåller en instruktionsuppsättning alla de operationer som en CPU stöder på hårdvarunivå.

Hur fungerar en CPU?

En CPU är en labyrint av elektriska kretsar. Dessa elektriska kretsar är utformade på ett visst sätt för att ge CPU: n sin ursprungliga instruktionsuppsättning. Så den vet bara hur man utför operationerna i en instruktionsuppsättning, eftersom den har kretsarna att göra detta.

För att få CPU: n att utföra en viss operation utlöses kretsarna som motsvarar den operationen via en elektrisk signal. Och när en krets har utlösts utför CPU: n den rutin som är associerad med den kretsen.

För att få processorn att utföra komplexa operationer som att skicka en tweet, skjuter programvaror miljontals elektriska signaler varje sekund, var och en riktar sig mot en specifik instruktion från instruktionsuppsättningen för CPU.

Det är här begreppet RIS och CIS kommer in.

Vad är RISC?

Som namnet antyder har en RISC-baserad CPU en förenklad uppsättning operationer. Dessa förenklade instruktioner uppnår enkla mål och tar bara en cykel att slutföra.

Och eftersom RISC har enkla instruktioner behöver inte CPU: n ha komplexa kretsar för att utföra dessa instruktioner. Detta är också anledningen till att RISC-design är hårdvarusmässigt billigare att implementera.

Relaterad: Varför är min telefon långsammare än min dator? Smartphone vs. Skrivbordshastigheter förklarade

För att förstå en RISC-processor mer detaljerat, låt oss titta på designprinciperna för RISC-baserade processorer.

Först slutför RISC-processorer varje instruktion i en enda cykel.

För det andra utför RISC-processorer endast operationer på data som lagras i register. Detta beror på att en av de viktigaste flaskhalsarna för en CPU: s förmåga att utföra uppgifter är den enorma skillnaden mellan CPU-hastighet och huvudminneshastighet. Huvudminnet är super långsamt jämfört med en CPU.

Relaterad: En snabb och smutsig guide till RAM: Vad du behöver veta

Så om en CPU måste använda data som är lagrad i huvudminnet kommer den att flaskhalsa enheten och processen skulle vara långsam. I en RISC-design laddas och lagras data i registren på CPU: n, eftersom registren är mycket närmare CPU-hastigheten än huvudminnet.

För det tredje är RISC-instruktioner enkla att det inte finns något lager av tolkande mikrokod för att översätta instruktionerna till enklare former.

Och slutligen stöder RISC design rörledning för att utföra delar av flera instruktioner samtidigt. Eftersom RISC-designprocessorer har högre klockhastigheter är de exceptionellt snabba. Rörledning är ett sätt att dra nytta av denna hastighet och utföra delar av flera instruktioner för ökad effektivitet.

Lång historia kort, RISC-processorer har enkla instruktioner, högre klockhastigheter, effektiv rörledningsstruktur, belastningsförrådsoperation i registren och kan utföra instruktioner i en cykel.

Vad är CISC?

CISC är motsatsen till RISC på nästan alla viktiga områden. Nästan alla stationära chips har en CISC-design.

För det första är CISC-designinstruktioner komplicerade och kräver därför ett lager av mikrokod för att översättas till simplexinstruktioner.

För det andra kan CISC-instruktioner ta flera CPU-cykler att utföra.

För det tredje är rörledning inte lika effektiv i CISC och det är ännu svårare att genomföra på grund av CISC-instruktionernas komplexa karaktär.

Kort sagt kan processorer med CISC-arkitektur utföra många operationer i en komplex instruktion. Men instruktionen tar flera cykler att slutföra, är svårare att använda vid rörledning och det kräver mycket kretsar på CPU: n.

RISC vs. CISC: Viktiga skillnader

Huvudskillnaden mellan RISC och CISC är vilken typ av instruktioner de utför.

RISC-instruktioner är enkla, utför endast en operation, och en CPU kan utföra dem i en cykel.

CISC-instruktioner, å andra sidan, packar i en massa operationer. Så, CPU: n kan inte köra dem i en cykel.

Instruktioner är också anledningen till att RISC-processorer stöder pipelining från början och CISC-processorer har svårare med det. Med RISC är instruktionerna enkla att de kan köras i delar. Detta är svårare att göra med CISC på grund av instruktionernas komplexa karaktär.

Därefter, till skillnad från RISC, kan CISC-instruktioner fungera direkt från RAM-minnet. Så det finns inget behov av att utföra separata last- / lagringsoperationer i CISC-design.

Slutligen är hårdvarukraven för en CISC-design högre än för en RISC-design, eftersom CISC kräver komplexa instruktioner för att byggas in i CPU-hårdvaran. I grund och botten, vad CISC uppnår med hårdvara, syftar RISC till att uppnå med programvaran.

Det är därför som program som är inriktade på en CISC-arkitektur har färre kodrader eftersom instruktionerna själva hanterar många operationer.

Det finns fördelar och nackdelar med både RISC och CISC

Ingen modern processor är helt baserad på varken RISC eller CISC. Moderna processorer innehåller designfilosofierna för båda arkitekturerna för att uppnå det bästa från två världar. Till exempel är x86-arkitekturen som AMD använder i första hand CISC men har en mikrokod för att konvertera komplexa instruktioner till enkla RISC-liknande reducerade instruktioner.

Så till skillnad från processorerna under det senaste århundradet har moderna processorer utvecklats bortom en enkel RISC- eller CISC-klassificering.

12 onödiga Windows-program och appar som du bör avinstallera

Undrar du vilka Windows 10-appar som ska avinstalleras? Här är flera onödiga Windows 10-appar, program och bloatware som du bör ta bort.

Läs Nästa

Om författaren