2024/12/30 147,778

Sudėtingos instrukcijos Nustatykite kompiuterius: kaip jie pakeitė skaičiavimą?

Analizuojant galutinę kompiuterių procesorių architektūrą, paaiškėja jų veikimo ir našumo sudėtingumas.Tarp įtakingiausių procesorių dizaino yra sudėtingas instrukcijų rinkinio kompiuteris (CISC) ir sumažintos instrukcijų rinkinio kompiuterio (RISC) architektūras.Kiekvienas siūlo unikalius metodus, susijusius su instrukcijų vykdymu, programavimo efektyvumu ir aparatinės įrangos dizainu.Šiame straipsnyje nagrinėjama CISC architektūros painiavos, pabrėžiant plačią jo instrukcijų rinkinį, kuris supaprastina programavimą, kartu pateikiant aparatinės įrangos iššūkius.Jis taip pat įsigilina į supaprastintą RISC metodą, kuris optimizuoja našumą per supaprastintą ir efektyvų instrukcijų rinkinį.Galiausiai, įraše pabrėžiama, kaip šiuolaikiniai procesoriai vis labiau priima hibridinę architektūrą, sumaišydami tiek CISC, tiek RISC stipriąsias puses, kad patenkintų įvairius skaičiavimo poreikius.

Katalogas

CISC apžvalga

Kompiuterinio procesoriaus architektūra sutelkia dėmesį į įvairių instrukcijų ar mikrobangų struktūrų vykdymą, kiekvienas skirtas atlikti konkrečias užduotis.Nors išsamesnis instrukcijų rinkinys gali padaryti mikroprocesoriaus programavimą intuityvesnį, jis taip pat gali sukelti galimas našumo kliūtis.Sudėtingos instrukcijų rinkinio kompiuterio (CISC) architektūra išsiskiria dėl didžiulės instrukcijų rinkimo, įskaitant sudėtingus, kurie supaprastina programavimo patirtį, palyginti su alternatyviomis architektūromis.Kiekviena paprasta ar sudėtinga užduotis yra suporuota su unikalia instrukcija, kuri sumažina reikalingą kodavimo kiekį.Tačiau šis sudėtingas dizainas gali sukelti pastebimų iššūkių kuriant CPU ir su tuo susijusią valdymo bloką.

CISC architektūra išsiskiria plačiu mikroinstrukcijų, palengvinančių procesoriaus programos kūrimą, pasirinkimą.Šios mikroinstrukcijos, dažnai išdėstytos surinkimo kalba, pakeičia tam tikras funkcijas, kurias programinė įranga tradiciškai tvarkė aparatinės įrangos lygio instrukcijų sistemomis.Šis poslinkis ne tik palengvina jūsų darbo krūvį, bet ir leidžia tuo pat metu vykdyti žemo lygio operacijas kiekvieno instrukcijų ciklo metu, padidindamas bendrą kompiuterio vykdymo greitį.

Instrukcijų naudojimo dažnis CISC instrukcijų rinkinyje parodo ryškų disbalansą.Paprastai naudojama maždaug 20% ​​instrukcijų, sudarančių apie 80% viso programos kodekso, o likę 80% - retai naudojami, todėl sudaro tik 20% programavimo.Šis pastebėjimas rezonuoja su platesniu principu, stebimu įvairiose srityse: nedidelis įrankių ar metodų pasirinkimas dažnai sukelia daugumą rezultatų.

CISC ir RISC palyginimas

Sumažinta instrukcijų rinkinio kompiuterio (RISC) architektūra išsiskiria dėl jo supaprastinto instrukcijų rinkinio, kurio tikslas - padidinti procesoriaus efektyvumą.Tačiau šis dizainas reikalauja sudėtingesnio požiūrio į išorinį programavimą.Sutelkdamas dėmesį į dažniausiai naudojamas paprastas instrukcijas, RISC efektyviai išvengia komplikacijų, kurios dažnai lydi sudėtingesnes komandas.

• RISC architektūra standartizuoja instrukcijų ilgį.

• Tai supaprastina instrukcijų formatus, pirmiausia pasikliaujant valdymo logika.

• Šis dizaino pasirinkimas pašalina mikrokodo valdymo poreikį, todėl greitesnis veikimo greitis.

RISC ištaką galima atsekti iki novatoriško tyrimo, kurį atliko Johnas Cocke'as IBM.Jo išvados parodė, kad tik apie 20% kompiuterio instrukcijų sudaro maždaug 80% skaičiavimo darbo krūvio.Ši įžvalga turi didelį svorį, o tai rodo, kad optimizuojant dažniausiai vykdomas instrukcijas, galima pasiekti išsamius našumo patobulinimus.Todėl „RISC Systems“ dažnai pralenkia sudėtingų instrukcijų rinkinio kompiuterio (CISC) sistemas, suderindamos su gerai žinomu 80/20 principu, kuris informuoja apie RISC architektūros plėtrą.

Nors RISC gali pasigirti keliais pranašumais, jis visiškai nepakeičia CISC architektūros.Kiekvienas tipas turi savo stipriąsias stipriąsias puses, o laikui bėgant skirtumai tarp jų tapo mažiau ryškūs.Šiuolaikinėje praktikoje daugelyje šiuolaikinių procesorių yra tiek RISC, tiek CISC elementų, atspindinčių didėjančią hibridinės architektūros tendenciją.Pavyzdžiui, ypač ilgas instrukcijų žodis (ULIW) CPU iliustruoja šį mišinį, sujungdamas abiejų architektūrų pranašumus, kad būtų sukurtas labiau pritaikomas apdorojimo įrenginys.Ši sintezė ne tik padidina našumą, bet ir suteikia lankstumo programavimo srityje, leidžiančią suteikti platesnį programų spektrą.