Комплексний набір інструкцій обчислень (CISC)

Complex Instruction Set Computing (CISC)

Complex Instruction Set Computing (CISC) — це архітектура комп'ютера, що зосереджується на великому наборі складних і багатокрокових інструкцій. Ці інструкції розроблені для виконання потужних операцій, часто безпосередньо звертаючись до пам'яті та надаючи програмістам вищий рівень абстракції.

Основні поняття

1. Універсальний набір інструкцій: Процесори CISC відомі своїми великими наборами інструкцій, які включають різноманітні операції, такі як доступ до пам'яті, математичні обчислення та операції вводу-виводу. Така універсальність дозволяє процесорам CISC обробляти широкий спектр обчислювальних завдань.
2. Потужні інструкції: Інструкції CISC здатні виконувати складні завдання за одну команду, об'єднуючи декілька операцій в одну. Це зменшує кількість інструкцій, які програмісту потрібно написати, і надає більш високий рівень програмування.
3. Мікроархітектура: Мікроархітектура процесора CISC стосується того, як реалізується його архітектура набору інструкцій. Вона включає компоненти, такі як декодер інструкцій, блок управління, блок управління пам'яттю та блоки виконання.

Як працює CISC

Процесори CISC виконують інструкції, які виконують складні завдання, часто вимагаючи кількох тактових циклів для завершення. Ці складні інструкції дозволяють процесорам CISC виконувати потужніші та вищі за рівнем операції. Однак виконання цих інструкцій може бути більш тривалим у порівнянні з простішими інструкціями, що використовуються в інших архітектурах.

Процесори CISC використовують техніки мікроархітектури для полегшення виконання складних інструкцій. Декодер інструкцій розбиває машинні коди на менші мікрооперації, які можуть бути виконані блоками виконання процесора. Блок управління гарантує, що ці мікрооперації виконуються в правильному порядку та з потрібним часуванням, в той час як блок управління пам'яттю обробляє доступ до пам'яті та передачу даних між процесором та зовнішньою пам'яттю.

Плюси та мінуси CISC

Плюси CISC

• Більша програмна абстракція: Інструкції CISC надають вищий рівень програмної абстракції, дозволяючи програмістам писати більш стислий та ефективний код, який виконує складні операції.
• Універсальність: Інструкції CISC підтримують широкий спектр операцій, що робить їх універсальними для різних обчислювальних завдань.
• Прямий доступ до пам'яті: Інструкції CISC можуть безпосередньо звертатись до пам'яті, зменшуючи потребу в явних операціях управління пам'яттю в коді.

Мінуси CISC

• Повільніше виконання: Складні інструкції вимагають кількох тактових циклів для виконання, що призводить до повільнішої загальної продуктивності порівняно з архітектурами з простішими інструкціями.
• Вищі енергетичні витрати: Складність інструкцій CISC та мікроархітектура, необхідна для їх виконання, можуть призводити до вищого споживання енергії.
• Ускладненість: Великий набір інструкцій і складні інструкції архітектур CISC можуть ускладнювати проектування та реалізацію процесорів.

Приклади процесорів CISC

Протягом років було розроблено кілька процесорів CISC. Ось деякі з них:

1. Intel x86: Архітектура x86, розроблена Intel, є однією з найбільш використовуваних архітектур CISC. Вона еволюціонувала з часом, включаючи різні версії, такі як Intel 8086, 80286, 80386 та сучасний x86_64. Архітектура x86 широко використовується в персональних комп'ютерах та серверах.
2. Motorola 68k: Серія Motorola 68000, також відома як серія 68k, була популярною архітектурою CISC, що використовувалась в різних комп'ютерних системах та ігрових консолях. Вона широко використовувалася в комп'ютерах Apple Macintosh та ігровій консолі Sega Genesis.
3. DEC VAX: Архітектура VAX (Virtual Address eXtension), розроблена корпорацією Digital Equipment Corporation (DEC), була дуже впливовою архітектурою CISC, що використовувалась в лінії мінікомп'ютерів VAX. Архітектура VAX була відома своїми потужними інструкціями та була широко використана у 1970-х і 1980-х роках.

Complex Instruction Set Computing (CISC) — це архітектура комп'ютера, що акцентує увагу на великому наборі складних та багатокрокових інструкцій. Процесори CISC розроблені для виконання потужних операцій, часто безпосередньо звертаючись до пам’яті та забезпечуючи високий рівень програмної абстракції. Хоча архітектура CISC має деякі недоліки, такі як повільніше виконання та ускладненість, вона широко використовувалася в процесорах, таких як Intel x86, Motorola 68k та DEC VAX, що демонструє її універсальність та стійку актуальність в обчислювальній індустрії.