Khi nói về kiến trúc bộ vi xử lý, x86 và ARM là hai thuật ngữ xuất hiện nhiều nhất. Ngoài 2 kiến trúc phổ biến này, còn có rất nhiều kiến ​​trúc khác mà có thể bạn chưa từng nghe tới, chẳng hạn như RISC, RISC-V hay CISC.

Vậy chúng là gì, ưu nhược điểm của từng loại kiến trúc ra sao, hãy cùng bài viết tìm hiểu nhé.

RISC là gì?

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 theo hướng đơn giản hóa tập lệnh, trong đó thời gian thực thi tất cả các lệnh 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.

Ưu điểm

• Tốc độ xử lý nhanh hơn: Kiến trúc RISC sử dụng các lệnh đơn giản và cơ bản giúp giảm thời gian xử lý và tăng tốc độ của CPU.
• Hiệu quả về mặt năng lượng: Vì các lệnh đơn giản hơn, CPU sử dụng ít năng lượng hơn để thực hiện các tác vụ, giúp tiết kiệm năng lượng và kéo dài tuổi thọ của PIN.
• Dễ dàng để thiết kế và xây dựng: Kiến trúc RISC đơn giản, dễ dàng hơn để thiết kế và xây dựng, giúp giảm chi phí sản xuất và tăng tính đáng tin cậy của CPU.
• Dễ dàng để tối ưu hóa: Vì các lệnh đơn giản hơn, kiến trúc RISC dễ dàng để tối ưu hóa và cải thiện hiệu suất của CPU.
• Dễ dàng để mở rộng: Kiến trúc RISC dễ dàng để mở rộng và thêm các tính năng mới, giúp tăng tính linh hoạt và đa dạng của CPU.

Nhược điểm

• Số lượng lệnh giới hạn: Kiến trúc RISC giới hạn số lượng lệnh có sẵn, điều này có thể làm giảm khả năng linh hoạt của CPU trong việc xử lý các tác vụ phức tạp.
• Chi phí cao: Thiết kế CPU RISC yêu cầu nhiều bộ nhớ và bộ đệm để lưu trữ các lệnh và dữ liệu, điều này có thể làm tăng chi phí sản xuất.
• Khó khăn trong việc lập trình: Vì số lượng lệnh giới hạn nên việc lập trình trên kiến trúc RISC có thể khó khăn hơn so với kiến trúc CISC (Complex Instruction Set Computing).
• Không tối ưu cho các ứng dụng đa nhiệm: Kiến trúc RISC không được tối ưu cho các ứng dụng đa nhiệm, điều này có thể làm giảm hiệu suất của CPU trong các tác vụ đòi hỏi xử lý đa nhiệm.

CISC là gì?

CISC (viết tắt của Complex Instructions Set Computer – Máy tính với tập lệnh phức tạp) là một kiểu kiến trúc máy tính trong đó các lệnh máy tính được thiết kế để thực hiện nhiều chức năng khác nhau. Kiến trúc CISC có thể thực hiện các lệnh phức tạp chỉ bằng một lệnh duy nhất, giúp giảm thiểu số lượng lệnh cần thiết để thực hiện một tác vụ. Kiến trúc CISC cũng có thể sử dụng bộ nhớ trực tiếp để truy cập dữ liệu giúp tăng tốc độ xử lý.

Ưu điểm

• Đa chức năng: Kiến trúc CISC có thể thực hiện nhiều chức năng khác nhau trong một lệnh duy nhất, giúp tối ưu hóa thời gian thực hiện các tác vụ.
• Dễ sử dụng: Kiến trúc CISC có số lượng lệnh lớn giúp cho việc lập trình và sử dụng dễ dàng hơn.
• Tiết kiệm bộ nhớ: Kiến trúc CISC có thể lưu trữ nhiều thông tin trong một lệnh duy nhất, giúp tiết kiệm bộ nhớ và tăng tốc độ thực hiện các tác vụ.
• Hỗ trợ các lệnh phức tạp: Kiến trúc CISC có thể hỗ trợ các lệnh phức tạp như lệnh điều khiển dòng lệnh xử lý chuỗi, lệnh xử lý số thực giúp cho việc xử lý dữ liệu đa dạng trở nên dễ dàng hơn.
• Tương thích ngược: Kiến trúc CISC có thể tương thích ngược với các phiên bản cũ hơn giúp cho việc nâng cấp và bảo trì hệ thống dễ dàng hơn.

Nhược điểm

• Phức tạp: Kiến trúc CISC có nhiều lệnh phức tạp và đa dạng, điều này dẫn đến việc thiết kế triển khai và bảo trì phần cứng phức tạp hơn so với kiến trúc RISC.
• Tốc độ chậm: Do có nhiều lệnh phức tạp, kiến trúc CISC thường có tốc độ xử lý chậm hơn so với kiến trúc RISC.
• Không hiệu quả với các ứng dụng đòi hỏi tính toán đơn giản: Kiến trúc CISC được thiết kế để xử lý các tác vụ phức tạp, do đó nó không hiệu quả với các ứng dụng đòi hỏi tính toán đơn giản.
• Không linh hoạt: Kiến trúc CISC không linh hoạt trong việc mở rộng và nâng cấp, do đó nó không phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi tính linh hoạt và mở rộng.

RISC-V là gì?

RISC-V là một kiến trúc vi xử lý mã nguồn mở (open-source) dựa trên kiến trúc RISC (Reduced Instruction Set Computing). Nó được thiết kế để đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng từ nhỏ đến lớn, từ các thiết bị nhúng đơn giản đến các hệ thống máy tính phức tạp.

RISC-V được phát triển bởi các nhà nghiên cứu tại Đại học California Berkeley và hiện nó được quản lý bởi RISC-V Foundation,một tổ chức phi lợi nhuận.

Ưu điểm

• Đơn giản: Kiến trúc RISC-V được thiết kế đơn giản hơn so với các kiến trúc CISC khác với số lượng lệnh ít hơn và các lệnh đơn giản hơn. Điều này giúp cho việc thiết kế, phát triển và kiểm tra phần cứng và phần mềm trở nên dễ dàng hơn.
• Linh hoạt: Kiến trúc RISC-V được thiết kế để có thể tùy chỉnh và mở rộng dễ dàng. Người dùng có thể thêm các lệnh mới hoặc tùy chỉnh các lệnh hiện có để phù hợp với nhu cầu của mình.
• Hiệu suất cao: Kiến trúc RISC-V có thể đạt được hiệu suất cao với tốc độ xử lý nhanh và tiêu thụ điện năng thấp.
• Tiêu chuẩn mở: Kiến trúc RISC-V là một tiêu chuẩn mở cho phép các nhà sản xuất phát triển và sản xuất các sản phẩm sử dụng kiến trúc này mà không cần phải trả bất kỳ khoản phí nào. Điều này giúp cho việc phát triển và sử dụng các sản phẩm sử dụng kiến trúc RISC-V trở nên dễ dàng và tiết kiệm chi phí.

Nhược điểm

• Hạn chế về hiệu năng: Mặc dù kiến trúc RISC-V có nhiều ưu điểm về đơn giản và dễ dàng triển khai nhưng nó có thể không đạt được hiệu năng cao như các kiến trúc x86 hoặc ARM.
• Thiếu sự hỗ trợ của các công ty lớn: So với các kiến trúc x86 hoặc ARM, RISC-V vẫn chưa được hỗ trợ mạnh mẽ từ các công ty lớn như Intel, AMD hoặc Qualcomm.
• Thiếu sự phát triển của các công cụ và thư viện: Do RISC-V là một kiến trúc mới nên các công cụ và thư viện hỗ trợ cho nó còn khá hạn chế, điều này có thể gây khó khăn cho các nhà phát triển khi triển khai các ứng dụng trên nền tảng RISC-V.
• Thiếu sự đồng bộ hóa chuẩn: Hiện tại vẫn chưa có một chuẩn đồng bộ hóa chính thức cho kiến trúc RISC-V. Điều này có thể gây khó khăn cho các nhà sản xuất khi phát triển các sản phẩm sử dụng kiến trúc này.

RISC và CISC: Nên chọn kiến trúc nào?

Điều này còn tùy thuộc vào mục đích sử dụng và yêu cầu của người dùng.

Kiến trúc RISC (Reduced Instruction Set Computing) tập trung vào việc sử dụng các lệnh đơn giản và cơ bản giúp tăng tốc độ xử lý và hiệu suất của hệ thống. Nó cũng dễ dàng để thiết kế và tối ưu hóa, đồng thời tiêu thụ ít năng lượng hơn so với kiến trúc CISC.

Kiến trúc CISC (Complex Instruction Set Computing) có thể thực hiện các tác vụ phức tạp hơn bằng cách sử dụng các lệnh phức tạp và đa dạng hơn. Điều này có thể giúp giảm số lượng lệnh cần thiết để thực hiện một tác vụ. Tuy nhiên nó cũng có thể dẫn đến tốn nhiều thời gian và năng lượng hơn để thực hiện các lệnh phức tạp này.

Vì vậy nếu bạn cần một hệ thống có thể thực hiện các tác vụ phức tạp và đa dạng, kiến trúc CISC có thể là lựa chọn tốt. Tuy nhiên nếu bạn cần một hệ thống có tốc độ xử lý nhanh và tiêu thụ ít năng lượng, kiến trúc RISC có thể là lựa chọn phù hợp hơn.