Kenntnisse über RISC- und CISC-Architekturen

Befehlssatz oder Befehlssatzarchitekturist die Struktur des Computers, die Befehle an den Computer liefert, um den Computer zur Verarbeitung von Datenmanipulationen zu führen. Der Befehlssatz besteht aus Anweisungen, Adressierungsmodi, nativen Datentypen, Registern, Interrupts, Ausnahmebehandlung und Speicherarchitektur. Befehlssätze können mithilfe eines Interpreters in Software emuliert oder in die Hardware des Prozessors integriert werden. Die Befehlssatzarchitektur kann als Grenze zwischen Software und Hardware betrachtet werden. Die Klassifizierung von Mikrocontrollern und Mikroprozessoren kann auf Grundlage der RISC- und CISC-Befehlssatzarchitektur erfolgen.

Befehlssatz des Prozessors

Der Befehlssatz legt die Prozessorfunktionalität fest, einschließlich der vom Prozessor unterstützten Operationen, Speichermechanismen des Prozessors und der Art und Weise, wie die Programme mit dem Prozessor zusammengestellt werden.

Was ist RISC und CISC?

RISC und CISC können wie folgt erweitert werden:

RISC steht für den Computer mit reduziertem Befehlssatz und
CISC steht für Complex Instruction Set Computer.

RISC-Architektur (Reduced Instruction Set Computer)

RISC-Architektur

Die verwendete Mikrocontroller-Architekturkleine und stark optimierte Anweisungen werden als Computer mit reduziertem Befehlssatz oder einfach als RISC bezeichnet. Sie wird auch als LOAD / STORE-Architektur bezeichnet.

In den späten 70er und frühen 80er Jahren wurden RISC-Projekte durchgeführtwurden hauptsächlich von Stanford, UC-Berkley und IBM entwickelt. Das Forschungsteam von John Coke von IBM entwickelte RISC, indem es die Anzahl der zur Verarbeitung von Berechnungen erforderlichen Anweisungen schneller als der CISC reduzierte. Die RISC-Architektur ist schneller und die für die Herstellung der RISC-Architektur erforderlichen Chips sind im Vergleich zur CISC-Architektur auch weniger teuer.

Typische Merkmale der RISC-Architektur

  • Pipelining-Technik von RISC führt mehrere ausTeile oder Stufen von Anweisungen gleichzeitig, sodass jede Anweisung in der CPU optimiert wird. Daher haben die RISC-Prozessoren Clock per Instruction eines Zyklus, und dies wird als One Cycle Execution bezeichnet.
  • Es optimiert die Verwendung von Registern mit einer größeren Anzahl von Registern im RISC, und eine größere Anzahl von Interaktionen innerhalb des Speichers kann verhindert werden.
  • Einfache Adressierungsmodi, selbst komplexe Adressierungen, können durch arithmetische UND / ODER-Verknüpfungen ausgeführt werden.
  • Es vereinfacht das Compiler-Design, indem identische Universalregister verwendet werden, wodurch jedes Register in jedem Kontext verwendet werden kann.
  • Zur effizienten Verwendung der Register und zur Optimierung der Pipelining-Verwendung ist ein reduzierter Befehlssatz erforderlich.
  • Die Anzahl der für den Opcode verwendeten Bits ist reduziert.
  • Im Allgemeinen gibt es 32 oder mehr Register im RISC.

Vorteile der RISC-Prozessorarchitektur

  • Aufgrund des kleinen Satzes von RISC-Anweisungen können Compiler auf höherer Ebene effizienteren Code erzeugen.
  • RISC ermöglicht aufgrund seiner Einfachheit die Freiheit, den Platz auf Mikroprozessoren zu nutzen.
  • Anstelle von Stack verwenden viele RISC-Prozessoren die Register, um Argumente zu übergeben und die lokalen Variablen zu speichern.
  • RISC-Funktionen verwenden nur wenige Parameter. Die RISC-Prozessoren können die Aufrufanweisungen nicht verwenden und verwenden daher Anweisungen mit fester Länge, die leicht zu pipeline sind.
  • Die Geschwindigkeit der Operation kann maximiert werden und die Ausführungszeit kann minimiert werden.
  • Es werden sehr wenige Befehlsformate (weniger als vier), einige wenige Befehle (etwa 150) und einige Adressierungsmodi (weniger als vier) benötigt.

Nachteile der RISC-Prozessorarchitektur

  • Mit zunehmender Länge der Anweisungen nimmt die Komplexität für die Ausführung der RISC-Prozessoren aufgrund ihres Zeichenzyklus pro Anweisung zu.
  • Die Leistung der RISC-Prozessoren hängt davon abmeist auf dem Compiler oder Programmierer, da das Wissen des Compilers eine wichtige Rolle bei der Konvertierung des CISC-Codes in einen RISC-Code spielt; Daher hängt die Qualität des generierten Codes vom Compiler ab.
  • Während der CISC-Code in einen RISC-Code verschoben wird,als Code-Erweiterung bezeichnet, erhöht die Größe. Die Qualität dieser Code-Erweiterung hängt wiederum vom Compiler und auch vom Anweisungssatz der Maschine ab.
  • Der Cache der ersten Ebene der RISC-Prozessoren lautetein Nachteil des RISC, bei dem diese Prozessoren große Speichercaches auf dem Chip selbst haben. Für die Eingabe der Anweisungen benötigen sie sehr schnelle Speichersysteme.

CISC-Architektur (Complex Instruction Set Computer)

Das Hauptziel des CISC-ProzessorsDie Architektur soll die Aufgabe mit weniger Montagelinien erledigen. Zu diesem Zweck ist der Prozessor so aufgebaut, dass er eine Reihe von Operationen ausführt. Komplexe Anweisungen werden auch als MULT bezeichnet, wodurch Speicherbanken eines Computers direkt gesteuert werden, ohne dass der Compiler Speicher- und Ladefunktionen ausführen muss.

CISC-Architektur

Merkmale der CISC-Architektur

  • Um die Computerarchitektur zu vereinfachen, unterstützt CISC die Mikroprogrammierung.
  • CISC verfügt über mehr vordefinierte Anweisungen, wodurch die Erstellung und Implementierung von Hochsprachen einfacher ist.
  • CISC besteht aus einer geringeren Anzahl von Registern und mehr Adressierungsmodi, im Allgemeinen 5 bis 20.
  • Der CISC-Prozessor benötigt zur Ausführung von Anweisungen unterschiedliche Zykluszeiten - Mehrtaktzyklen.
  • Aufgrund des komplexen Befehlssatzes der CISC ist die Pipeline-Technik sehr schwierig.
  • CISC besteht aus einer größeren Anzahl von Anweisungen, im Allgemeinen 100 bis 250.
  • Spezielle Anweisungen werden sehr selten verwendet.
  • Operanden im Speicher werden durch Anweisungen manipuliert.

Vorteile der CISC-Architektur

  • Jede Maschinensprachenanweisung wird in eine Mikrocode-Anweisung gruppiert und entsprechend ausgeführt und dann im Speicher des Hauptprozessors gespeichert, der als Mikrocode-Implementierung bezeichnet wird.
  • Da der Mikrocode-Speicher schneller als der Hauptspeicher ist, kann der Mikrocode-Befehlssatz ohne erhebliche Geschwindigkeitsreduzierung gegenüber einer festverdrahteten Implementierung implementiert werden.
  • Der gesamte neue Befehlssatz kann durch Ändern des Mikroprogrammdesigns behandelt werden.
  • CISC kann die Anzahl der Anweisungen, die zum Implementieren eines Programms erforderlich sind, durch Erstellen umfangreicher Befehlssätze reduziert werden, und es kann auch bewirkt werden, dass langsamer Hauptspeicher effizienter verwendet wird.
  • Aufgrund der übergeordneten Anweisungen, die aus allen früheren Anweisungen bestehen, ist die Mikrocodierung einfach.

Nachteile von CISC

  • Die von den verschiedenen Anweisungen benötigte Uhrzeit wird unterschiedlich sein. Dadurch verlangsamt sich die Leistung der Maschine.
  • Die Befehlssatzkomplexität und die Chip-Hardware nehmen zu, da jede neue Version des Prozessors aus einer Untermenge früherer Generationen besteht.
  • Nur 20% der vorhandenen Anweisungen werden in einem typischen Programmierereignis verwendet, obwohl es viele spezielle Anweisungen gibt, die nicht einmal häufig verwendet werden.
  • Die bedingten Codes werden von der CISC festgelegtAnweisungen als Nebeneffekt jeder Anweisung, die Zeit für diese Einstellung benötigt - und da die nachfolgende Anweisung die Bedingungscodebits ändert -, muss der Compiler die Bedingungscodebits prüfen, bevor dies geschieht.

RISC vs. CISC

  • Die Verschwendungszyklen können vom Programmierer verhindert werden, indem der nicht benötigte Code in der RISC entfernt wird. Wenn Sie jedoch den CISC-Code verwenden, werden aufgrund der Ineffizienz der CISC-Zyklen Verschwendungszyklen verursacht.
  • In RISC soll jede Anweisung ausgeführt werdeneine kleine Aufgabe, bei der zur Ausführung einer komplexen Aufgabe mehrere kleine Anweisungen zusammen verwendet werden, während für die Ausführung derselben Aufgabe mit CISC nur wenige Anweisungen erforderlich sind - da sie in der Lage ist, komplexe Aufgaben auszuführen, da die Anweisungen einem hohen Wert ähneln. Sprachcode.
  • CISC wird normalerweise für Computer verwendet, während RISC für Smartphones, Tablets und andere elektronische Geräte verwendet wird.

Die folgende Abbildung zeigt weitere Unterschiede zwischen RISC und CISC

RISC vs. CISC

In diesem Artikel wird daher über das RISC undCISC-Architekturen; Funktionen der RISC- und CISC-Prozessorarchitektur; Vor- und Nachteile von RISC und CISC sowie Unterschiede zwischen den RISC- und CISC-Architekturen mit einer kurzen Idee. Weitere Informationen zu den RISC- und CISC-Architekturen erhalten Sie, indem Sie Ihre Fragen unter Kommentaren posten.

Bildnachweis:

  • Befehlssatz des Prozessors von arstechnica
  • RISC Architecture von Lsi-Contest
  • RISC vs. CISC durch Zuordnung

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