计算机组成原理学习笔记——关于 RISC 和 CISC 地简述

一、基本概念

• 指令系统朝着两个截然不同的方向发展：
• 一是增强原有指令的功能，设置更为复杂的新指令实现软件功能的硬化，这类机器称为复杂指令系统计算机（CISC），典型的有采用X86 架构的计算机；
• 二是减少指令种类和简化指令功能，提高指令的执行速度，这类计算机称为精简指令系统计算机（RISC），典型的有 ARM、MIPS 架构的计算机。

二、CISC

• 随着超大规模集成电路技术的发展，硬件成本不断下降，软件成本不断上升，促使 CISC 的出现。
• CISC 主要特点如下：
• 1）指令系统复杂庞大，指令数目一般为 200 条以上。
• 2）指令长度不固定，指令格式多，寻址方式多。
• 3）可以访存的指令不受限制。
• 4）各种指令使用频度相差很大。
• 5）各种指令执行时间相差很大，大多数指令需要多个时钟周期才能完成。
• 6）控制器大多数采用微程序控制。有些指令非常复杂，以至于无法采用硬连线控制。
• 7）难以用优化编译生成高效的目标代码程序。

三、RISC

• 经过研究发现，传统 CISC 指令系统中大概只有 20% 的指令，经常用到，剩下的 80% 指令很少用到，从这一事实出发，RISC 应运而生。
  -RISC 的中心思想要求指令系统简化，尽量使用寄存器-寄存器操作指令，指令格式力求一致。RISC 的特点如下：
• 1）选取使用频率最高的一些简单指令，复杂指令的功能由简单指令的组合来实现。
• 2）只有 Load/Store（取数/存数）指令访存，其余指令的操作都在寄存器之间完成。
• 3）指令长度固定，指令格式种类少，寻址方式种类少。
• 4）CPU 中通用寄存器的数量相当多。
• 5）RISC 一定采用指令流水线技术，大部分指令在一个时钟周期内完成。
• 6）以硬布线控制为主，不用或少用微程序控制。
• 7）特别重视编译优化工作，以减少程序执行时间。

四、CISC 和 RISC 的比较

• 和 CISC 相比，其优点如下：
• 1）RISC 更能充分利用 VLSI 芯片的面积。CISC 的控制器大多数采用微程序控制，其控制存储器在 CPU 芯片内所占面积达 50% 以上，而 RISC 控制器采用组合逻辑控制，其硬布线逻辑只占 CPU 芯片面积的 10% 左右。
• 2）RISC 更能提高运算速度。RISC 的指令数、寻址方式和指令格式种类少，又设有多个通用寄存器，采用流水线技术，所以运算速度更快，大多数指令在一个时钟周期内完成。
• 3）RISC 便于设计，可降低成本，提高可靠性。RISC 指令系统简单，因此机器设计周期短；其逻辑简单，因此可靠性高。
• 4）RISC 有利于编译程序代码优化。RISC 指令类型少，寻址方式少，使编译程序容易选择更有效的指令和寻址方式，并适当地调整指令顺序，使得代码执行更高效化。
  
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