Комплексная система команд (CISC)

Компьютеры с комплексной системой команд (CISC)

Компьютеры с комплексной системой команд (CISC) - это архитектура компьютеров, которая фокусируется на большом наборе комплексных и многоэтапных инструкций. Эти инструкции разработаны для выполнения мощных операций, часто с непосредственным доступом к памяти, предоставляя программистам более высокий уровень абстракции.

Ключевые концепции

1. Универсальный набор инструкций: Процессоры CISC известны своими большими наборами инструкций, которые включают различные операции, такие как доступ к памяти, математические вычисления и операции ввода-вывода. Эта универсальность позволяет процессорам CISC выполнять широкий спектр вычислительных задач.
2. Мощные инструкции: Инструкции CISC способны выполнять сложные задачи в одной инструкции, объединяя несколько операций в одной команде. Это уменьшает количество инструкций, которые программисту нужно писать, и предоставляет более высокий уровень абстракции программирования.
3. Микроархитектура: Микроархитектура процессора CISC относится к тому, как реализована его архитектура набора инструкций. Она включает такие компоненты, как декодер инструкций, блок управления, блок управления памятью и исполнительные блоки.

Как работает CISC

Процессоры CISC выполняют инструкции, которые выполняют сложные задачи, часто требующие нескольких тактовых циклов для завершения. Эти сложные инструкции позволяют процессорам CISC выполнять операции, которые более мощные и высокоуровневые. Однако выполнение этих инструкций может занимать больше времени по сравнению с более простыми инструкциями, используемыми в других архитектурах.

Процессоры CISC используют методы микроархитектуры для облегчения выполнения сложных инструкций. Декодер инструкций разбивает машинные инструкции на мелкие микрооперации, которые могут выполняться исполнительными блоками процессора. Блок управления обеспечивает выполнение этих микроопераций в правильном порядке и с правильным таймингом, в то время как блок управления памятью обрабатывает доступ к памяти и передачу данных между процессором и внешней памятью.

Плюсы и минусы CISC

Плюсы CISC

• Более высокая абстракция программирования: Инструкции CISC предоставляют более высокий уровень абстракции программирования, позволяя программистам писать более лаконичный и эффективный код, выполняющий сложные операции.
• Универсальность: Инструкции CISC поддерживают широкий диапазон операций, что делает их универсальными для различных вычислительных задач.
• Прямой доступ к памяти: Инструкции CISC могут напрямую обращаться к ячейкам памяти, что сокращает необходимость явных операций управления памятью в коде.

Минусы CISC

• Более медленное выполнение: Сложные инструкции требуют нескольких тактовых циклов для выполнения, что приводит к более низкой общей производительности по сравнению с архитектурами с более простыми инструкциями.
• Повышенное энергопотребление: Сложность инструкций CISC и необходимая для их выполнения микроархитектура могут приводить к повышенному энергопотреблению.
• Увеличенная сложность: Большой набор инструкций и сложные инструкции архитектур CISC могут усложнить проектирование и реализацию процессоров.

Примеры процессоров CISC

За годы было разработано несколько процессоров CISC. Вот некоторые из заметных примеров:

1. Intel x86: Архитектура x86, разработанная компанией Intel, является одной из самых широко используемых архитектур CISC. Она эволюционировала со временем и включает различные версии, такие как Intel 8086, 80286, 80386 и современные x86_64. Архитектура x86 обычно используется в персональных компьютерах и серверах.
2. Motorola 68k: Серия Motorola 68000, также известная как серия 68k, была популярной архитектурой CISC, использовавшейся в нескольких компьютерных системах и игровых приставках. Она широко использовалась в компьютерах Apple Macintosh и игровой консоли Sega Genesis.
3. DEC VAX: Архитектура VAX (Virtual Address eXtension), разработанная компанией Digital Equipment Corporation (DEC), была высоко влиятельной архитектурой CISC, использовавшейся в их линейке миникомпьютеров VAX. Архитектура VAX была известна своими мощными инструкциями и широко использовалась в 1970-х и 1980-х годах.

Компьютеры с комплексной системой команд (CISC) - это архитектура, которая подчеркивает большой набор комплексных и многоэтапных инструкций. Процессоры CISC разработаны для выполнения мощных операций с непосредственным доступом к памяти и предоставлением высокого уровня абстракции программирования. Хотя архитектура CISC имеет некоторые недостатки, такие как более медленное выполнение и возросшая сложность, она нашла широкое применение в процессорах Intel x86, Motorola 68k и DEC VAX, демонстрируя свою универсальность и долговечность в вычислительной индустрии.