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STP075: Prozessorarchitekturen im Vergleich

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Season 1 Episode 75

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Nach einer sehr deutlichen Einordnung der Aufnahmezeit kommen wir im Wesentlichen zu den Unterschieden zwischen x86 und ARM. Natürlich wird auch geklärt, was das ist. Gegen Ende gibt es noch ein paar Meinungen und Weissagungen zum Thema KI.

Shownotes

• Rückbezug STP011: grundsätzliche Beschreibung von Maschinensprache

  • siehe Beispiel unter dem obenstehenden Link
  • Maschinensprache ist spezifisch für die Prozessorarchitektur, genauer die Befehlssatzarchitektur (instruction set architecture, ISA)

• heutzutage relevante ISA

  • x86: PCs, Notebooks, Server, Supercomputer, Apple Macs bis 2020
  • ARM: Smartphones, Tablets, Apple Macs seit 2020, Einplatinencomputer (SBC) wie Raspberry Pi
  • Embedded: AVR, MIPS, etc.
  • Hochleistungsrechnen: neben x86 noch Power und SPARC
  • Neuentwicklungen: RISC-V, LoongArch

• Warum ist die Wahl der ISA wichtig?

  • ISA beschreibt nominal, wie ein CPU die Bits in einer ausführbaren Binärdatei (sprich: die kodierte Form der Maschinensprache) zu interpretieren hat
  • daraus als Konsequenz Festlegung von Hardware-Parametern wie der Adressbreite oder der Anzahl und Größe der verfügbaren Register
  • Designentscheidungen in der ISA wirken sich auf die maximal erreichbare Performance und auf die Energieeffizienz aus
  • klassischerweise Gegenüberstellung zweier verschiedener Design-Philosophien: Complex Instruction Set Computing (CISC) und Reduced Instruction Set Computing (RISC) (die Grenzen verschwimmen aber in der Praxis)
  • historischerweise war CISC die Domäne großer CPU-Hersteller, die sich ein kompliziertes Design leisten konnten, um dem Programmierer Arbeit abzunehmen (z.B. Intel); und RISC die Domäne kleiner CPU-Hersteller, die aus möglichst wenig Arbeitseinsatz möglichst viel erreichen wollten

• Was steht in einem Maschinencode-Befehl drin?

  • grundsätzlich eine Operation, die ausgeführt wird (z.B. "Addition zweier 64-Bit-Zahlen")
  • als Quellen für Argumente und Ziel für das Ergebnis: entweder Register, Speicher oder Immediate-Argumente
    • Beispiel CISC: 20 verschiedene Ausführungen des ADD-Befehls in x86-64
    • Beispiel RISC: 2 verschiedene Ausführungen des ADD- bzw. ADDI-Befehls in RISC-V (RV32I)
  • wenn RISC wie bei RISC-V eine Load/Store-Architektur verwendet, muss man also im Zweifelsfall Argumente erst aus dem Speicher in Register laden
    • dadurch tendenziell mehr Maschinencode, aber weniger Komplexität in der CPU

• Abwägungen zwischen Energieeffizienz (ARM) und Performance (x86)

  • aktueller ARM-Befehlssatz (A64) hat durchgängig 4 Byte große Befehle, was das Dekodieren vereinfacht; x86-Befehle haben eine variable Breite zwischen 1 und 15 Byte
  • x86 hat eine lange

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    Published on 2 months ago