複雑な命令セットコンピューター：コンピューティングをどのように変更しましたか？

コンピュータープロセッサの究極のアーキテクチャを分析すると、操作とパフォーマンスの背後にある複雑さが明らかになります。最も影響力のあるプロセッサ設計の中には、複雑な命令セットコンピューター（CISC）と削減された命令セットコンピューター（RISC）アーキテクチャがあります。それぞれが、指導の実行、プログラミングの効率、ハードウェアの設計に対するユニークなアプローチを提供します。この記事では、CISCアーキテクチャの複雑さを調査し、ハードウェアの課題を提示しながらプログラミングを簡素化する広範な命令セットを強調します。また、合理化されたRISCアプローチを掘り下げ、簡素化された効率的な命令セットを通じてパフォーマンスを最適化します。最後に、この投稿では、最新のプロセッサがハイブリッドアーキテクチャをますます採用し、CISCとRISCの両方の強みをブレンドして、多様な計算ニーズを満たす方法を強調しています。

カタログ

1。CISCの概要

2。CISCおよびRISC比較

Complex Instruction Set Computers: How They Changed Computing?

CISCの概要

コンピュータープロセッサのアーキテクチャは、特定のタスクを満たすように設計された、さまざまな範囲の命令またはマイクロエントロクトの実行を中心にしています。より包括的な命令セットは、マイクロプロセッサのプログラミングをより直感的にすることができますが、潜在的なパフォーマンスのハードルも導入する可能性があります。複雑な命令セットコンピューター（CISC）アーキテクチャは、代替アーキテクチャと比較した場合にプログラミングエクスペリエンスを簡素化する複雑な指示を含む、膨大な指示のコレクションのために際立っています。シンプルであろうと複雑であろうと、各タスクは、必要なコーディングの量を減らす一意の命令とペアになります。ただし、この複雑な設計は、CPUと関連するコントロールユニット回路の開発において顕著な課題を引き起こす可能性があります。

CISCのアーキテクチャは、プロセッサのプログラム開発を促進する幅広いマイクロ誘導体によって区別されます。多くの場合、アセンブリ言語で明確にされるこれらのマイクロインストラクションは、ソフトウェアによって伝統的にハードウェアレベルの命令システムで処理されていた特定の機能を置き換えます。このシフトは、ワークロードを明るくするだけでなく、各命令サイクル中に低レベルの操作の同時実行を可能にし、コンピューター実行の全体的な速度を高めます。

CISC命令セット内の命令使用頻度は、印象的な不均衡を示しています。命令の約20％が一般的に使用されており、プログラムコード全体の約80％を占めていますが、残りの80％はめったに採用されておらず、プログラミングの20％のみに貢献しています。この観察結果は、さまざまな分野で観察されるより広範な原則と共鳴します。ツールや方法の少量は、多くの場合、結果の大部分を生成します。

CISCとRISCの比較

プロセッサの効率を高めることを目的とした、合理化された命令セットのため、命令セットの削減セット（RISC）アーキテクチャは際立っています。ただし、この設計には、外部プログラミングに対するより洗練されたアプローチが必要です。最も一般的に使用される簡単な指示に焦点を当てることにより、RISCは、より複雑なコマンドに伴うことが多い合併症を効果的に回避します。

•RISCアーキテクチャは、命令の長さを標準化します。

•主に制御ロジックに依存して、命令形式を簡素化します。

•この設計の選択により、マイクロコード制御の必要性がなくなり、運用速度が速くなります。

RISCの起源は、IBMのJohn Cockeが実施した画期的な研究にまでさかのぼることができます。彼の調査結果は、コンピューターの指示の約20％のみが計算ワークロードの約80％を占めていることを示しています。この洞察にはかなりの重みがあり、最も頻繁に実行される命令を最適化することにより、広範なパフォーマンスの改善を達成できることを示唆しています。その結果、RISCシステムは頻繁に複雑な命令セットコンピューター（CISC）システムを上回り、RISCアーキテクチャの開発を通知するよく知られた80/20原則に沿っています。

RISCにはいくつかの利点がありますが、CISCアーキテクチャに完全に置き換えるわけではありません。各タイプには明確な強みがあり、それらの間の違いは時間の経過とともに顕著になりません。現代の実践では、多くの現代CPUがRISCとCISCの両方の要素を取り入れており、ハイブリッドアーキテクチャへの成長傾向を反映しています。たとえば、超長命令ワード（ULIW）CPUはこのブレンドを示し、両方のアーキテクチャの利点を統合して、より適応性のある処理ユニットを生成します。この融合は、パフォーマンスを高めるだけでなく、プログラミングの柔軟性をもたらし、より広範なアプリケーションを可能にします。