บน 30/12/2024 147,777

คอมพิวเตอร์ชุดคำสั่งที่ซับซ้อน: พวกเขาเปลี่ยนการคำนวณอย่างไร?

การวิเคราะห์สถาปัตยกรรมที่ดีที่สุดของโปรเซสเซอร์คอมพิวเตอร์จะเปิดเผยความซับซ้อนที่อยู่เบื้องหลังการทำงานและประสิทธิภาพของพวกเขาในบรรดาการออกแบบโปรเซสเซอร์ที่มีอิทธิพลมากที่สุดคือชุดคำสั่งที่ซับซ้อนคอมพิวเตอร์ (CISC) และสถาปัตยกรรมชุดคอมพิวเตอร์ชุดคำสั่งลดลง (RISC)แต่ละวิธีมีวิธีการที่ไม่เหมือนใครในการดำเนินการตามคำสั่งประสิทธิภาพการเขียนโปรแกรมและการออกแบบฮาร์ดแวร์บทความนี้สำรวจความซับซ้อนของสถาปัตยกรรม CISC โดยเน้นชุดการเรียนการสอนที่กว้างขวางซึ่งทำให้การเขียนโปรแกรมง่ายขึ้นในขณะที่นำเสนอความท้าทายด้านฮาร์ดแวร์นอกจากนี้ยังขุดลงในวิธี RISC ที่มีความคล่องตัวซึ่งเพิ่มประสิทธิภาพประสิทธิภาพผ่านชุดคำสั่งที่ง่ายและมีประสิทธิภาพในที่สุดโพสต์เน้นว่าโปรเซสเซอร์ที่ทันสมัยใช้สถาปัตยกรรมไฮบริดมากขึ้นโดยผสมผสานจุดแข็งของ CISC และ RISC เพื่อตอบสนองความต้องการด้านการคำนวณที่หลากหลาย

แคตตาล็อก

ภาพรวมของ CISC

สถาปัตยกรรมของโปรเซสเซอร์คอมพิวเตอร์มุ่งเน้นไปที่การดำเนินการตามคำแนะนำที่หลากหลายหรือ microinstructions แต่ละอันได้รับการออกแบบมาเพื่อทำงานที่เฉพาะเจาะจงในขณะที่ชุดคำสั่งที่ครอบคลุมมากขึ้นสามารถทำให้การเขียนโปรแกรมสำหรับไมโครโปรเซสเซอร์ใช้งานง่ายขึ้น แต่ก็อาจแนะนำอุปสรรคประสิทธิภาพที่อาจเกิดขึ้นสถาปัตยกรรมชุดคำสั่งที่ซับซ้อน (CISC) โดดเด่นเนื่องจากการรวบรวมคำแนะนำมากมายรวมถึงคำสั่งที่ซับซ้อนที่ทำให้ประสบการณ์การเขียนโปรแกรมง่ายขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับสถาปัตยกรรมทางเลือกแต่ละงานไม่ว่าจะง่ายหรือซับซ้อนจะถูกจับคู่กับคำสั่งที่ไม่ซ้ำกันซึ่งจะช่วยลดปริมาณการเข้ารหัสที่จำเป็นอย่างไรก็ตามการออกแบบที่ซับซ้อนนี้อาจก่อให้เกิดความท้าทายที่โดดเด่นในการพัฒนา CPU และวงจรหน่วยควบคุมที่เกี่ยวข้อง

สถาปัตยกรรมของ CISC มีความโดดเด่นด้วยการเลือก microinstructions ที่หลากหลายซึ่งอำนวยความสะดวกในการพัฒนาโปรแกรมสำหรับโปรเซสเซอร์microinstructions เหล่านี้มักจะพูดชัดแจ้งในภาษาแอสเซมบลีแทนที่ฟังก์ชั่นบางอย่างที่ได้รับการจัดการแบบดั้งเดิมโดยซอฟต์แวร์ด้วยระบบการสอนระดับฮาร์ดแวร์การเปลี่ยนแปลงนี้ไม่เพียง แต่จะทำให้ภาระงานสว่างขึ้นสำหรับคุณ แต่ยังช่วยให้การดำเนินการในระดับต่ำในแต่ละรอบการสอนแต่ละรอบเพิ่มความเร็วโดยรวมของการดำเนินการคอมพิวเตอร์

ความถี่ของการใช้คำสั่งภายในชุดคำสั่ง CISC แสดงให้เห็นถึงความไม่สมดุลที่โดดเด่นประมาณ 20% ของคำแนะนำที่ใช้กันทั่วไปคิดเป็นประมาณ 80% ของรหัสโปรแกรมทั้งหมดในขณะที่ส่วนที่เหลือ 80% เป็นงานที่ไม่ค่อยมีการใช้งานมีส่วนทำให้เพียง 20% ของการเขียนโปรแกรมการสังเกตนี้สะท้อนกับหลักการที่กว้างขึ้นที่สังเกตได้ในสาขาต่าง ๆ : เครื่องมือหรือวิธีการที่เลือกเล็กน้อยมักจะสร้างผลลัพธ์ส่วนใหญ่

การเปรียบเทียบ CISC และ RISC

สถาปัตยกรรมชุดคำสั่งที่ลดลง (RISC) โดดเด่นเนื่องจากชุดคำสั่งที่มีความคล่องตัวซึ่งมีจุดมุ่งหมายเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของโปรเซสเซอร์อย่างไรก็ตามการออกแบบนี้ต้องการวิธีการที่ซับซ้อนมากขึ้นในการเขียนโปรแกรมภายนอกด้วยการมุ่งเน้นไปที่คำแนะนำง่าย ๆ ที่ใช้กันมากที่สุด RISC จะหลีกเลี่ยงภาวะแทรกซ้อนที่มักจะมาพร้อมกับคำสั่งที่ซับซ้อนมากขึ้น

•สถาปัตยกรรม RISC สร้างมาตรฐานความยาวการเรียนการสอน

•มันทำให้รูปแบบคำสั่งง่ายขึ้นโดยใช้ตรรกะการควบคุมเป็นหลัก

•ตัวเลือกการออกแบบนี้ช่วยลดความจำเป็นในการควบคุม microcode ส่งผลให้ความเร็วในการทำงานเร็วขึ้น

ต้นกำเนิดของ RISC สามารถย้อนกลับไปสู่การวิจัยที่ก้าวล้ำโดย John Cocke ที่ IBMการค้นพบของเขาชี้ให้เห็นว่ามีเพียงประมาณ 20% ของคำแนะนำคอมพิวเตอร์บัญชีประมาณ 80% ของภาระงานคำนวณข้อมูลเชิงลึกนี้มีน้ำหนักมากโดยชี้ให้เห็นว่าโดยการเพิ่มประสิทธิภาพคำแนะนำที่ดำเนินการบ่อยที่สุดการปรับปรุงประสิทธิภาพที่กว้างขวางสามารถทำได้ดังนั้นระบบ RISC มักจะมีประสิทธิภาพสูงกว่าชุดคำสั่งที่ซับซ้อนชุดคอมพิวเตอร์ (CISC) ซึ่งสอดคล้องกับหลักการ 80/20 ที่รู้จักกันดีซึ่งแจ้งการพัฒนาสถาปัตยกรรม RISC

ในขณะที่ RISC มีข้อได้เปรียบหลายประการ แต่ก็ไม่ได้แทนที่สถาปัตยกรรม CISC ทั้งหมดแต่ละประเภทมีจุดแข็งที่แตกต่างกันและความแตกต่างระหว่างพวกเขามีความเด่นชัดน้อยลงเมื่อเวลาผ่านไปในการปฏิบัติร่วมสมัยซีพียูสมัยใหม่จำนวนมากรวมองค์ประกอบจากทั้ง RISC และ CISC ซึ่งสะท้อนให้เห็นถึงแนวโน้มที่เพิ่มขึ้นสู่สถาปัตยกรรมไฮบริดตัวอย่างเช่นซีพียูคำแนะนำที่ยาวนานเป็นพิเศษ (ULIW) แสดงให้เห็นถึงการผสมผสานนี้โดยรวมประโยชน์ของสถาปัตยกรรมทั้งสองเพื่อสร้างหน่วยประมวลผลที่ปรับตัวได้มากขึ้นฟิวชั่นนี้ไม่เพียง แต่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพ แต่ยังแนะนำความยืดหยุ่นในการเขียนโปรแกรมทำให้สามารถใช้งานได้ในวงกว้าง