Компьютеры с комплексной системой команд (CISC)

Комплексная система команд (CISC)

Комплексная система команд (CISC) — это архитектура компьютера, которая сосредоточена на большом наборе сложных и многоэтапных инструкций. Эти инструкции предназначены для выполнения мощных операций, зачастую напрямую обращаясь к памяти и обеспечивая более высокий уровень абстракции для программистов.

Основные концепции

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

Как работает CISC

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

Процессоры CISC используют техники микроархитектуры для облегчения выполнения сложных инструкций. Декодер инструкций разбивает машинный код на более мелкие микрооперации, которые могут выполняться исполнительными блоками процессора. Управляющее устройство обеспечивает выполнение этих микроопераций в правильном порядке и вовремя, в то время как устройство управления памятью обрабатывает доступ к памяти и передачу данных между процессором и внешней памятью.

Плюсы и минусы CISC

Плюсы CISC

• Большая программная абстракция: Инструкции CISC предоставляют более высокий уровень программной абстракции, позволяя программистам писать более лаконичный и эффективный код, выполняющий сложные операции.
• Универсальность: Инструкции CISC поддерживают широкий спектр операций, что делает их универсальными для различных вычислительных задач.
• Прямой доступ к памяти: Инструкции CISC могут напрямую обращаться к адресам памяти, уменьшая необходимость в явном управлении памятью в коде.

Минусы CISC

• Медленное выполнение: Сложные инструкции требуют нескольких тактов для выполнения, что приводит к более низкой общей производительности по сравнению с архитектурами с более простыми инструкциями.
• Большое энергопотребление: Сложность инструкций CISC и требуемая микроархитектура для их выполнения могут привести к большему энергопотреблению.
• Повышенная сложность: Большой набор команд и сложные инструкции архитектур CISC могут усложнять проектирование и реализацию процессоров.

Примеры процессоров CISC

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

1. Intel x86: Архитектура x86, разработанная Intel, является одной из наиболее широко используемых архитектур CISC. Со временем она эволюционировала и включает в себя различные версии, такие как Intel 8086, 80286, 80386 и современный x86_64. Архитектура x86 часто 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 игровых приставках Sega Genesis.
3. DEC VAX: Архитектура VAX (Virtual Address eXtension), разработанная 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.

Комплексная система команд (CISC) — это архитектура компьютера, акцентирующая внимание на большом наборе сложных и многоэтапных инструкций. Процессоры CISC предназначены для выполнения мощных операций, часто напрямую обращаясь к памяти и обеспечивая высокоуровневую программную абстракцию. Хотя архитектура CISC имеет некоторые недостатки, такие как медленное выполнение и повышенная сложность, она широко использовалась в таких процессорах, как Intel x86, Motorola 68k и DEC VAX, демонстрируя свою универсальность и неизменную актуальность в индустрии вычислений.