مجموعة التعليمات أو بنية مجموعة التعليمات هي بنية الكمبيوتر التي توفر أوامر للكمبيوتر لتوجيه الكمبيوتر لمعالجة معالجة البيانات. تتكون مجموعة التعليمات من التعليمات وأنماط العنونة وأنواع البيانات الأصلية والسجلات والمقاطعة ومعالجة الاستثناءات وبنية الذاكرة. يمكن محاكاة مجموعة التعليمات في البرنامج باستخدام مترجم أو مضمنة في أجهزة المعالج. يمكن اعتبار هندسة مجموعة التعليمات بمثابة حد بين البرامج والأجهزة. تصنيف الميكروكونترولر ويمكن عمل المعالجات الدقيقة بناءً على بنية مجموعة تعليمات RISC و CISC.

مجموعة تعليمات المعالج

“كيف تعمل بطارية النيكل والكادميوم ”

تحدد مجموعة التعليمات وظائف المعالج بما في ذلك العمليات التي يدعمها المعالج ، وآليات تخزين المعالج ، وطريقة تجميع البرامج إلى المعالج.

ما هو RISC و CISC؟

ال RISC و CISC يمكن توسيعها على النحو التالي:

يمثل RISC كمبيوتر مجموعة التعليمات المخفضة و
يمثل CISC كمبيوتر مجموعة التعليمات المعقدة.

هندسة RISC (كمبيوتر مجموعة التعليمات المخفضة)

هندسة RISC

ال معمارية متحكم يُطلق على مجموعة التعليمات الصغيرة والمحسّنة للغاية اسم كمبيوتر مجموعة التعليمات المخفضة أو يُسمى ببساطة RISC. ويسمى أيضًا باسم LOAD / STORE architecture.

في أواخر السبعينيات وأوائل الثمانينيات ، تم تطوير مشاريع RISC بشكل أساسي من ستانفورد وجامعة كاليفورنيا في بيركلي وآي بي إم. طور فريق البحث John Coke من شركة IBM RISC عن طريق تقليل عدد التعليمات المطلوبة لمعالجة الحسابات بشكل أسرع من CISC. تعتبر بنية RISC أسرع والرقائق المطلوبة لتصنيع بنية RISC أقل تكلفة أيضًا مقارنة بهندسة CISC.

الميزات النموذجية لهندسة RISC

تقنية خطوط الأنابيب في RISC ، تنفذ أجزاء أو مراحل متعددة من التعليمات في وقت واحد بحيث يتم تحسين كل تعليمات على وحدة المعالجة المركزية. ومن ثم ، فإن معالجات RISC لها ساعة لكل تعليمات لدورة واحدة ، وهذا يسمى تنفيذ دورة واحدة.
إنه يحسن استخدام السجل مع وجود عدد أكبر من السجلات في RISC ويمكن منع عدد أكبر من التفاعلات داخل الذاكرة.
أوضاع عنونة بسيطة ، حتى معالجة معقدة يمكن إجراؤها باستخدام الحساب و / أو العمليات المنطقية .
إنه يبسط تصميم المترجم باستخدام سجلات متطابقة للأغراض العامة والتي تسمح باستخدام أي سجل في أي سياق.
من أجل الاستخدام الفعال للسجلات وتحسين استخدامات خطوط الأنابيب ، يلزم تقليل مجموعة التعليمات.
يتم تقليل عدد البتات المستخدمة في كود التشغيل.
بشكل عام ، هناك 32 سجلاً أو أكثر في RISC.

مزايا بنية معالج RISC

نظرًا للمجموعة الصغيرة من تعليمات RISC ، يمكن لمجمعي اللغة عالية المستوى إنتاج كود أكثر كفاءة.
يسمح RISC بحرية استخدام المساحة الموجودة على المعالجات الدقيقة بسبب بساطته.
بدلاً من استخدام Stack ، تستخدم العديد من معالجات RISC السجلات لتمرير الوسائط والاحتفاظ بالمتغيرات المحلية.
تستخدم وظائف RISC فقط عددًا قليلاً من المعلمات ، ولا يمكن لمعالجات RISC استخدام تعليمات الاستدعاء ، وبالتالي ، تستخدم إرشادات ذات طول ثابت يسهل توجيهها.
يمكن زيادة سرعة العملية وتقليل وقت التنفيذ.
هناك حاجة إلى عدد أقل من تنسيقات التعليمات (أقل من أربعة) وعدد قليل من التعليمات (حوالي 150) وعدد قليل من أوضاع العنونة (أقل من أربعة).

عيوب بنية معالج RISC

مع زيادة طول التعليمات ، يزداد التعقيد بالنسبة إلى معالجات RISC للتنفيذ نظرًا لدورة الأحرف لكل تعليمات.
يعتمد أداء معالجات RISC في الغالب على المحول البرمجي أو المبرمج لأن معرفة المحول البرمجي تلعب دورًا رئيسيًا أثناء تحويل كود CISC إلى كود RISC وبالتالي ، فإن جودة الكود الذي تم إنشاؤه تعتمد على المترجم.
أثناء إعادة جدولة رمز CISC إلى كود RISC ، الذي يُطلق عليه توسيع رمز ، سيزيد الحجم. وستعتمد جودة توسيع الشفرة هذا مرة أخرى على المترجم ، وكذلك على مجموعة تعليمات الجهاز.
يعد المستوى الأول لذاكرة التخزين المؤقت لمعالجات RISC أيضًا أحد عيوب RISC ، حيث تحتوي هذه المعالجات على ذاكرة تخزين مؤقت كبيرة على الشريحة نفسها. لتغذية التعليمات ، فإنها تتطلب جدا أنظمة ذاكرة سريعة .

هندسة CISC (كمبيوتر مجموعة التعليمات المعقدة)

الهدف الرئيسي لبنية معالج CISC هو إكمال المهمة باستخدام عدد أقل من خطوط التجميع. لهذا الغرض ، تم تصميم المعالج لتنفيذ سلسلة من العمليات. التعليمات المعقدة تسمى أيضًا MULT ، والتي تعمل بنوك الذاكرة للكمبيوتر مباشرة دون جعل المترجم يقوم بوظائف التخزين والتحميل.

“كيفية صنع ضوء الفلاش ”

هندسة CISC

“أمبير ضربات الصمامات عند تشغيله ”

ميزات هندسة CISC

لتبسيط بنية الكمبيوتر ، يدعم CISC البرمجة الدقيقة.
يحتوي CISC على عدد أكبر من التعليمات المحددة مسبقًا مما يجعل اللغات عالية المستوى سهلة التصميم والتنفيذ.
يتكون CISC من عدد أقل من السجلات وعدد أكبر من أوضاع العنونة ، بشكل عام من 5 إلى 20.
يستغرق معالج CISC دورة زمنية مختلفة لتنفيذ التعليمات - دورات متعددة الساعات.
بسبب مجموعة التعليمات المعقدة لـ CISC ، فإن تقنية الأنابيب صعبة للغاية.
يتكون CISC من عدد أكبر من التعليمات ، بشكل عام من 100 إلى 250.
نادرًا ما يتم استخدام التعليمات الخاصة.
يتم التلاعب بالعمليات في الذاكرة من خلال التعليمات.

مزايا هندسة CISC

يتم تجميع تعليمات لغة الآلة في تعليمة الرمز الصغير ويتم تنفيذها وفقًا لذلك ، ثم يتم تخزينها في ذاكرة المعالج الرئيسي ، والتي يطلق عليها تنفيذ الرمز الصغير.
نظرًا لأن ذاكرة الرمز الصغير أسرع من الذاكرة الرئيسية ، يمكن تنفيذ مجموعة تعليمات الرمز الصغير بدون تقليل كبير في السرعة عبر التنفيذ السلكي الثابت.
يمكن التعامل مع مجموعة تعليمات جديدة كاملة عن طريق تعديل تصميم البرنامج الصغير.
CISC ، يمكن تقليل عدد التعليمات المطلوبة لتنفيذ برنامج عن طريق بناء مجموعات تعليمات غنية ويمكن أيضًا جعلها تستخدم الذاكرة الرئيسية البطيئة بشكل أكثر كفاءة.
نظرًا للمجموعة الشاملة من الإرشادات التي تتكون من جميع الإرشادات السابقة ، فإن هذا يجعل الترميز الصغير أمرًا سهلاً.

عيوب CISC

سيكون مقدار الوقت الذي تستغرقه التعليمات المختلفة مختلفًا - بسبب هذا - يتباطأ أداء الجهاز.
يزداد تعقيد مجموعة التعليمات وجهاز الرقاقة حيث يتكون كل إصدار جديد من المعالج من مجموعة فرعية من الأجيال السابقة.
يتم استخدام 20٪ فقط من التعليمات الموجودة في حدث برمجة نموذجي ، على الرغم من وجود العديد من الإرشادات المتخصصة التي لا يتم استخدامها بشكل متكرر.
يتم تعيين الرموز الشرطية من خلال تعليمات CISC كأثر جانبي لكل تعليمة تستغرق وقتًا لهذا الإعداد - وبما أن التعليمات اللاحقة تغير بتات كود الشرط - لذلك ، يتعين على المحول البرمجي فحص بتات كود الشرط قبل حدوث ذلك.

RISC مقابل. CISC

يمكن للمبرمج منع دورات الهدر عن طريق إزالة الكود غير الضروري في RISC ، ولكن أثناء استخدام كود CISC يؤدي إلى إهدار الدورات بسبب عدم كفاءة CISC.
في RISC ، تهدف كل تعليمات إلى أداء مهمة صغيرة مثل ، لأداء مهمة معقدة ، يتم استخدام تعليمات صغيرة متعددة معًا ، بينما لا يتطلب الأمر سوى القليل من التعليمات للقيام بنفس المهمة باستخدام CISC - لأنها قادرة على أداء مهمة معقدة لأن التعليمات تشبه رمز اللغة العالية.
يستخدم CISC عادةً لأجهزة الكمبيوتر بينما يتم استخدام RISC للهواتف الذكية والأجهزة اللوحية والأجهزة الإلكترونية الأخرى.

يوضح الشكل التالي المزيد من الاختلافات بين RISC و CISC

RISC مقابل. CISC

وبالتالي ، تناقش هذه المقالة ميزات معماريات RISC و CISC لمزايا وعيوب بنية معالجات RISC و CISC في RISC و CISC ، والاختلافات بين معماريات RISC و CISC مع فكرة موجزة. لمزيد من المعلومات حول بنى RISC و CISC ، يرجى نشر استفساراتك من خلال التعليق أدناه.

اعتمادات الصورة: