In cosa differiscono le CPU RISC e CISC?

Se sei un appassionato di tecnologia, potresti aver sentito le parole Reduced Instruction Set Computer (RISC) e Complex Instruction Set Computer (CISC). E se ti capita di conoscere un po' di computer, potresti anche sapere che questi termini si riferiscono a diversi modi di progettare un processore.

Ad esempio, il processore ARM del telefono ha un'architettura RISC. Al contrario, il processore x86 del tuo computer ha un design CISC.

Ma qual è la differenza tra RISC e CISC? Approfondiamo un po' e scopriamo.

Che cos'è un set di istruzioni?

Quando si parla di diversi progetti di unità di elaborazione centrale (CPU), una delle cose di cui dobbiamo parlare è il set di istruzioni.

Il set di istruzioni di una CPU è l'insieme di operazioni che una CPU può eseguire in modo nativo. Queste sono le operazioni che sono codificate nella CPU a livello hardware. Questo set può contenere da poche a migliaia di istruzioni, a seconda del design della CPU.

In altre parole, una CPU non può eseguire alcuna operazione che sia al di fuori del suo set di istruzioni, perché non ha l'hardware per essa.

Usiamo un'analogia per capirlo meglio. Prendi l'esempio di una lampadina. Il produttore di una lampadina ha progettato la lampadina per convertire l'elettricità in luce. E una lampadina può farlo perché l'hardware lo supporta in modo nativo.

In sostanza, una lampadina può solo convertire l'elettricità in luce e nient'altro.

Allo stesso modo, il set di istruzioni di una CPU è l'insieme di operazioni che l'hardware della CPU consente. Ad esempio, quasi tutte le CPU hanno un'istruzione "Sposta" nel loro set di istruzioni. L'istruzione "Sposta" preleva alcuni dati da uno spazio di archiviazione di origine e li sposta in uno spazio di archiviazione di destinazione.

Ogni volta che una CPU ha bisogno di spostare dei dati, sa esattamente come farlo perché l'hardware è stato progettato attorno ad essa.

In breve, un set di istruzioni contiene tutte quelle operazioni che una CPU supporta a livello hardware.

Come funziona una CPU?

Una CPU è un labirinto di circuiti elettrici. Questi circuiti elettrici sono progettati in un certo modo per fornire alla CPU il suo set di istruzioni nativo. Quindi, sa solo come eseguire le operazioni in un set di istruzioni, poiché ha i circuiti per farlo.

Per fare in modo che la CPU esegua una determinata operazione, il circuito corrispondente a tale operazione viene attivato tramite un segnale elettrico. E una volta attivato un circuito, la CPU esegue la routine associata a quel circuito.

Per fare in modo che la CPU esegua operazioni complesse come inviare un tweet, i programmi software attivano milioni di segnali elettrici ogni secondo, ciascuno indirizzato a un'istruzione specifica dal set di istruzioni del PROCESSORE.

È qui che entra in gioco il concetto di RIS e CIS.

Cos'è il RISC?

Come suggerisce il nome, una CPU basata su RISC ha un insieme semplificato di operazioni. Queste istruzioni semplificate raggiungono obiettivi semplici e richiedono solo un ciclo per essere completate.

E poiché RISC ha istruzioni semplici, la CPU non ha bisogno di circuiti complessi per eseguire queste istruzioni. Questo è anche il motivo per cui i progetti RISC sono, dal punto di vista hardware, più economici da implementare.

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Per comprendere più in dettaglio una CPU RISC, diamo un'occhiata ai principi di progettazione delle CPU basate su RISC.

Innanzitutto, le CPU RISC completano ogni istruzione in un singolo ciclo.

In secondo luogo, le CPU RISC eseguono solo operazioni sui dati memorizzati nei registri. Questo perché uno dei principali colli di bottiglia alla capacità di una CPU di eseguire attività è l'enorme discrepanza tra la velocità della CPU e la velocità della memoria principale. La memoria principale è super lenta rispetto a una CPU.

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Quindi, se una CPU deve utilizzare i dati archiviati nella memoria principale, collocherebbe l'unità e il processo sarebbe lento. In un progetto RISC, i dati vengono caricati e archiviati nei registri sulla CPU, poiché i registri sono molto più vicini alla velocità della CPU rispetto alla memoria principale.

In terzo luogo, le istruzioni RISC sono abbastanza semplici da non richiedere alcun livello di microcodice interpretativo per tradurre le istruzioni in forme più semplici.

Infine, i progetti RISC supportano il pipelining per eseguire parti di più istruzioni contemporaneamente. Poiché le CPU di progettazione RISC hanno velocità di clock più elevate, sono eccezionalmente veloci. Il pipelining è un modo per sfruttare questa velocità ed eseguire parti di più istruzioni per una maggiore efficienza.

Per farla breve, le CPU RISC hanno istruzioni semplici, velocità di clock più elevate, una struttura di pipelining efficiente, operazioni di memorizzazione del carico sui registri e possono eseguire istruzioni in un ciclo.

Cos'è la CISC?

Il CISC è l'opposto del RISC in quasi tutte le aree chiave. Quasi tutti i chip desktop hanno un design CISC.

Innanzitutto, le istruzioni di progettazione CISC sono complesse e, pertanto, richiedono uno strato di microcodice da tradurre in istruzioni simplex.

In secondo luogo, le istruzioni CISC possono richiedere più cicli della CPU per essere eseguite.

In terzo luogo, il pipelining non è altrettanto efficiente in CISC ed è ancora più difficile da implementare a causa della natura complessa delle istruzioni CISC.

In breve, le CPU con architettura CISC possono eseguire molte operazioni in un'unica istruzione complessa. Ma l'istruzione richiede più cicli per essere completata, è più difficile da usare nel pipelining e richiede molti circuiti sulla CPU.

RISC vs. CISC: differenze chiave

La principale differenza tra RISC e CISC è il tipo di istruzioni che eseguono.

Le istruzioni RISC sono semplici, eseguono solo un'operazione e una CPU può eseguirle in un ciclo.

Le istruzioni CISC, d'altra parte, racchiudono un sacco di operazioni. Quindi, la CPU non può eseguirli in un ciclo.

Le istruzioni sono anche il motivo per cui le CPU RISC supportano il pipelining fin dall'inizio e le CPU CISC hanno difficoltà a farlo. Con RISC, le istruzioni sono abbastanza semplici da poter essere eseguite in parti. Questo è più difficile da fare con CISC a causa della natura complessa delle istruzioni.

Successivamente, a differenza di RISC, le istruzioni CISC possono funzionare direttamente dalla RAM. Pertanto, non è necessario eseguire operazioni di caricamento/memorizzazione separate nella progettazione CISC.

Infine, i requisiti hardware per un progetto CISC sono superiori a quelli per un progetto RISC, poiché CISC richiede istruzioni complesse da incorporare nell'hardware della CPU. In sostanza, ciò che CISC ottiene con l'hardware, RISC mira a ottenere con il software.

Questo è il motivo per cui i programmi destinati a un'architettura CISC hanno meno righe di codice perché le istruzioni stesse gestiscono molte operazioni.

Ci sono vantaggi e svantaggi sia per RISC che per CISC

Nessun processore moderno si basa interamente su RISC o CISC. I processori moderni incorporano le filosofie di progettazione di entrambe le architetture per ottenere il meglio da entrambi i mondi. Ad esempio, l'architettura x86 utilizzata da AMD è principalmente CISC ma ha un microcodice per convertire istruzioni complesse in semplici istruzioni ridotte di tipo RISC.

Quindi, a differenza dei processori del secolo scorso, le moderne CPU si sono evolute oltre una semplice classificazione RISC o CISC.

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