Phân biệt kiến trúc về chip RISC và CISC?

Phân biệt kiến trúc về chip RISC và CISC?

RISC (viết tắt của Reduced Instructions Set Computer - Máy tính với tập lệnh đơn giản hóa) là một phương pháp thiết kế các bộ vi xử lý (VXL) theo hướng đơn giản hóa tập lệnh, trong đó thời gian thực thi tất cả các lênh đều như nhau. Hiện nay các bộ vi xử lý RISC phổ biến là ARM, SuperH, MIPS, SPARC, DEC Alpha, PA-RISC, PIC, và PowerPC của IBM.

Trong những năm đầu, các dự án chủ yếu chỉ được biết đến trong các trường đại học. Đến năm 1986, tất cả các dự án về RISC bắt đầu cho ra đời sản phẩm. Ngày nay hầu hết các chip RISC, đều được thiết kế dựa trên kiến trúc RISC-II của Berkeley. Sun Microsystems với SPARC, hoặc Pyramid Technology. Chính Sun là công ty đầu tiên chứng minh sức mạnh của RISC là có thật trong những hệ thống mới của mình, và cũng nhờ đó họ nhanh chóng chiếm lĩnh thị trường workstation lúc bấy giờ.

Ngày nay CPU RISC (và microcontrollers) chiếm 1 lượng lớn CPU được sử dụng. Kỹ thuật thiết kế RISC đem đến sức mạnh ngay cả ở những kích thước nhỏ, do đó nó nhanh chóng chiếm lĩnh hoàn toàn thị trường CPU nhúng công suất thấp. Đây là một thị trường cực kỳ lớn của CPU, có thể tìm thấy chúng trong xe hơi, điện thoại di động, thậm chí một số thiết bị khác có thể chứa hàng tá CPU loại này.

Người dùng thật ra chỉ quan tâm đến tốc độ, giá cả, và tính tương thích với các phần mềm có sẵn hơn là chi phí để phát triển những chip mới. Cùng với sự phức tạp của CPU tăng lên, chi phí thiết kế và sản xuất cũng tăng lên nhanh chóng. Lợi nhuận thu được từ RISC trở nên quá nhỏ bé so với chi phí đầu tư để phát triển các CPU mới, do đó ngày nay chỉ có những nhà sản xuất lớn mới có đủ khả năng phát triển những CPU mạnh. Kết quả là hầu hết những nền tảng RISC (ngoại trừ IBM POWER/PowerPC) đều thu hẹp quy mô (SPARC và MIPS), Chip Itanium của Intel hiện nay vấn đề này đang còn tranh cãi vì Intel đã ngưng sản xuất sản phẩm này, hãng HP là hãng tiêu biểu cho sự kiện đó.

Các hệ thống và các RISC phổ biến:

- Họ MIPS, trong các máy tính SGI, PlayStation và Nintendo 64 game consoles
- Họ POWER trong các SuperComputers/mainframes của IBM
- Freescale (trước đây là Motorola SPS) và IBM's PowerPC trong Nintendo Gamecube, Microsoft Xbox 360, Nintendo Wii and Sony PlayStation 3 game consoles, và cho tới gần đây là Apple Macintosh
- SPARC và UltraSPARC, trong tất cả các hệ thống của Sun
- Hewlett-Packard PA-RISC
- DEC Alpha
- ARM — Palm, Inc. Ban đầu sử dụng (CISC) Motorola 680x0 trong những PDA đầu tiên, nhưng hiện tại là (RISC) ARM; Nintendo sử dụng 1 chip ARM7 trong Game Boy Advance và Nintendo DS. Nhiều nhà sản xuất điện thoại di động, như Nokia cũng dựa trên kiến trúc của ARM. Các hãng di động đang sử chip của ARM như Nokia, Apple, Samsung, ...


Ảnh minh họa chip RISC (Itanium của Intel)

CISC (Complex Instruction Set Computer – Máy tính với tập lệnh phức tạp, chẳng hạn như dòng chip x86 của Intel). Những nhà thiết kế VXL cố gắng để mỗi lệnh có thể thực hiện càng nhiều chức năng càng tốt. Điều này dẫn đến một lệnh sẽ làm tất cả công việc như nạp 2 số cần cộng, cộng chúng lại, và cuối cùng lưu trở lại vào bộ nhớ. Cũng lệnh đó lại có thể đọc một số từ thanh ghi và số còn lại từ bộ nhớ sau đó lưu kết quả vào bộ nhớ. Khuynh hướng thiết kế VXL này được gọi là Complex Instruction Set Computer – CISC.





Ảnh minh họa chip CISC (Intel Xeon x86 của Intel) hoặc Opteron của AMD

Điểm khác biệt thực sự giữa RISC so với CISC là nguyên tắc thực hiện mọi thứ trong các thanh ghi, đọc và lưu dữ liệu vào các thanh ghi.
Điểm khác biệt thứ 2: đơn vị logic của một chip RISC bao giờ cũng cần ít transistor hơn so với của một chip CISC. Điều này giúp người thiết kế có rất nhiều sự linh hoạt.
1. Tăng số lượng thanh ghi.
2. Sử dụng các phương pháp tối ưu để tăng mức độ xử lý song song bên trong CPU (pipeline, superscalar)
3. Tăng kích thước cache
4. Thêm các tính năng như I/O, timer v.v…
5. Thêm các bộ xử lý vector. 6. Tận dụng các dây chuyền công nghệ cũ, trong khi với CISC điều này rất khó khăn do kích thước chip lớn hơn 7. Cung cấp những chip cho những ứng dụng có yêu cầu cao về thời gian sử dụng pin hoặc về kích thước chip.

Có thể nói cuộc ganh đua trên thị trường vẫn còn tiếp diễn giữa nhà lập trình và nhà thiết kế chip. Chip CISC được thiết kế nhằm tạo thuận lợi cho các nhà lập trình ứng dụng bằng cách rút gọn nhiều câu lệnh đơn giản, thông dụng thành một câu lệnh thực thi dài. Điều này làm cho CISC xử lý chậm hơn nhưng lại đạt yếu tố thân thiện. Ở mặt khác, RISC nhanh nhưng kém thân thiện hơn, mỗi câu lệnh đơn giản trong RISC phục vụ cho một mục đích hẹp rất cụ thể, thực hiện rất nhanh và các lệnh này được tiến hành song song. RISC đòi hỏi nhà lập trình phải kiên nhẫn, giỏi và một trình biên dịch được tối ưu kỹ lưỡng.

Mong sẽ đóng góp những thông tin hữu cho các bạn. Thân!

Tuân.

(nguồn từ wikipedia và pcworld)