RISC和CISC的區(qū)別

1、RISC和CISC的區(qū)別RISC 的簡介RISC（reduced instruction set computer ，精簡指令集計算機 ）是一種執(zhí) 行較少類型計算機指令的微處理器 （ 如下圖 ）起源于 80 年代的 MIPS 主機，RISC 機中采用的微處理器統(tǒng)稱 RISC 處理 器。這樣一來，它能夠以更快的速度執(zhí)行操作 （每秒執(zhí)行更多百萬條指令，即 MIPS）。因為計算機執(zhí)行每個指令類型都需要額外的晶體管和電路元件，計算 機指令集越大就會使微處理器更復雜，執(zhí)行操作也會更慢。RISC 的簡單使得在選擇如何使用微處理器上的空間時擁有更多的自由。比起從前，高級語言編譯器能產(chǎn)生更有效的代碼，因為編譯

2、器使用RISC 機器上的更小的指令集。RISC 微處理器不僅精簡了指令系統(tǒng)，采用超標量和超流水線結構；它們 的指令數(shù)目只有幾十條，卻大大增強了并行處理能力。如： 1987 年 Sun Microsystem 公司推出的 SPARC 芯片就是一種超標量結構的 RISC 處理器。而 SGI 公司推出的 MIPS處理器則采用超流水線結構，這些 RISC 處理器在構建并 行精簡指令系統(tǒng)多處理機中起著核心的作用。RISC 處理器是當今 UNIX 領域 64位多處理機的主流芯片。其特點主要有：一，由于指令集簡化后，流水線以及常用指令均可用硬件 執(zhí)行；二，采用大量的寄存器，使大部分指令操作都在寄存器之間進行

3、，提高 了處理速度；三，采用緩存 - 主存- 外存三級存儲結構，使取數(shù)與存數(shù)指令分開 執(zhí)行，使處理器可以完成盡可能多的工作，且不因存儲器存取信息而放慢處理速度。由于 RISC 處理器指令簡單、采用硬布線控制邏輯、處理能力強、速度 快，世界上絕大部分 UNIX 工作站和服務器廠商均采用 RISC 芯片作 CPU 用。RISC 芯片的工作頻率一般在 400MH 或量級。時鐘頻率低，功率消耗少， 溫升也少，機器不易發(fā)生故障和老化，提高了系統(tǒng)的可靠性。單一指令周期容 納多部并行操作。在 RISC 微處理器發(fā)展過程中。曾產(chǎn)生了超長指令字 (VLIW) 微處理器，它使用非常長的指令組合，把許多條指令連在一

4、起，以能并行執(zhí) 行。VLIW 處理器的基本模型是標量代碼的執(zhí)行模型，使每個機器指令內(nèi)有多 個操作。有些 RISC 處理器中也采用少數(shù) VLIW 指令來提高處理速度。Pentium 4 微處理器體系結構完全采用 RISC體系結構。CISC 的簡介CISC 是復雜指令系統(tǒng)計算機(Complex Instruction Set Computer) 的簡 稱，微處理器是臺式計算機系統(tǒng)的基本處理部件，每個微處理器的核心是運行 指令的電路。指令由完成任務的多個步驟所組成，把數(shù)值傳送進寄存器或進行 相加運算。復雜指令集計算機(Complex Instruction Set Computer ， CISC)早

5、期的計 算機部件比較昂貴，主頻低，運算速度慢。為了提高運算速度，人們不得不將 越來越多的復雜指令加入到指令系統(tǒng)中，以提高計算機的處理效率，這就逐步 形成復雜指令集計算機體系。為了在有限的指令長度內(nèi)實現(xiàn)更多的指令，人們 又設計了操作碼擴展。然后，為了達到操作碼擴展的先決條件 - 減少地址碼， 設計師又發(fā)現(xiàn)了各種尋址方式，如基址尋址、相對尋址等，以最大限度地壓縮 地址長度，為操作碼留出空間。In tel公司的 X86 系列 CPL 是典型的 CISC 體 系的結構， 從最初的 8086 到后來的 Pentium系列，每出一代新的 CPU 都會 有自己新的指令，而為了兼容以前的 CPU 平臺上的軟件

6、，舊的 CPU 的指令集又 必須保留，這就使指令的解碼系統(tǒng)越來越復雜。CISC 可以有效地減少編譯代 碼中指令的數(shù)目，使取指操作所需要的內(nèi)存訪問數(shù)量達到最小化。此外 CISC 可以簡化編譯器結構，它在處理器指令集中包含了類似于程序設計語言結構的 復雜指令，這些復雜指令減少了程序設計語言和機器語言之間的語義差別，而 且簡化了編譯器的結構。為了支持復雜指令集， CISC通常包括一個復雜的數(shù)據(jù)通路和一個微程序 控制器。微程序控制器由一個微程序存儲器、一個微程序計數(shù)器 (MicroPC) 和 地址選擇邏輯構成。在微程序存儲器中的每一個字都表示一個控制字，并且包 含了一個時鐘周期內(nèi)所有數(shù)據(jù)通路控制信號的

7、值。 這就意味著控制字中的每一 位表示一個數(shù)據(jù)通路控制線的值。例如，它可以用于加載寄存器或者選擇 ALU 中的一個操作。此外每個處理器指令都由一系列的控制字組成。當從內(nèi)存中取 出這樣的一條指令時，首先把它放在指令寄存器中， 然后地址選擇邏輯再根據(jù) 他來確定微程序存儲器中相應的控制字順序起始地址。當把該起始地址放入 MicroPC 中后，就從微程序內(nèi)存中找到相應的控制字，并利用它在數(shù)據(jù)通路中 把數(shù)據(jù)從一個寄存器傳送到另一個寄存器。由于 MicroPC 中的地址并發(fā)遞增來 指向下一個控制字， 因此對于序列中的每個控制器都會重復一遍這一步驟。最 終，當執(zhí)行完最后一個控制字時，就從內(nèi)存中取出一條新的指

8、令，整個過程會 重復進行。 由此可見， 控制字的數(shù)量及時鐘周期的數(shù)目對于每一條指令都可以 是不同的。因此在 CISC 中很難實現(xiàn)指令流水操作。另外，速度相對較慢的微 程序存儲器需要一個較長的時鐘周期。 由于指令流水和短的時鐘周期都是快速 執(zhí)行程序的必要條件，因此 CISC 體系結構對于高效處理器而言不太合適的。CISC 存在的問題：指令系統(tǒng)龐大，指令功能復雜，指令格式、尋址方式 多；執(zhí)行速度慢；難以優(yōu)化編譯，編譯程序復雜； 80%的指令在 20%的運行時 間使用；無法并行；無法兼容；導致 CISC 指令系統(tǒng)復雜的主要原因：減少語義差距減少存儲空間，提高 速度為了向上兼容帶來的后果電路復雜，編譯

9、效率低無法并行；無法兼容典型 的 CISC產(chǎn)品項目 VAX11/780 1978 年 Intel80386 1985 年 MC68020 1984 年指 令條數(shù) 304111 101 尋址方式 24 11 16 指令格式變長 (2-57byte) 變長(1- 17byte)RISC 和 CISC 的區(qū)別CISC(復雜指令集計算機)和 RISC(精簡指令集計算機)是當前 CPU 勺兩種 架構。它們的區(qū)別在于不同的 CPU 設計理念和方法。早期的 CPU 全部是 CISC 架構，它的設計目的是要用最少的機器語言指令來完成所需的計算任務。 RISC 和 CISC 是設計制造微處理器的兩種典型技術，雖

10、然它們都是試圖在體系結 構、操作運行、軟件硬件、編譯時間和運行時間等諸多因素中做出某種平衡，以求達到高效的目的，但采用的方法不同，因此，在很多方面差異很大，它們 主要有：(1) 指令系統(tǒng)：RISC 設計者把主要精力放在那些經(jīng)常使用的指令上，盡量 使它們具有簡單高效的特色。對不常用的功能，常通過組合指令來完成。因此，在 RISC 機器上實現(xiàn)特殊功能時，效率可能較低。但可以利用流水技術和 超標量技術加以改進和彌補。而 CISC 計算機的指令系統(tǒng)比較豐富，有專用指 令來完成特定的功能。因此，處理特殊任務效率較高。(2) 存儲器操作：RISC 對存儲器操作有限制，使控制簡單化；而 CISC 機 器的存

11、儲器操作指令多，操作直接。(3) 程序：RISC 匯編語言程序一般需要較大的內(nèi)存空間，實現(xiàn)特殊功能時 程序復雜，不易設計；而 CISC 匯編語言程序編程相對簡單，科學計算及復雜 操作的程序社設計相對容易，效率較高。中斷：RISC 機器在一條指令執(zhí)行的適當?shù)胤娇梢皂憫袛?；?CIS C 機器是在一條指令執(zhí)行結束后響應中斷。CPU: RISCCPL 包含有較少的單元電路，因而面積小、功耗低；而CISCCPLfe含有豐富的電路單元，因而功能強、面積大、功耗大。(6) 設計周期：RISC 微處理器結構簡單，布局緊湊，設計周期短，且易于采用最新技術；CISC 微處理器結構復雜，設計周期長。(7) 用戶使用：RISC 微處理器結構簡單，指令規(guī)整，性能容易把握，易學 易用；CISC 微處理器結構復雜，功能強大，實現(xiàn)特殊功能容易。(8) 應用范圍：由于 RISC 指令系統(tǒng)的確定與特定的應用領域有關，故RISC 機器更適合于專用機；而 CISC 機器則更適合于通用機。從 CISC 至URISC CISC 指令系統(tǒng)存在的問題：20%與 80%規(guī)律 CISC 中，大約 20%的指令占據(jù)了 80%的處理機時間。其余 80%旨令：使用頻度只占 20%勺處 理機運行時間 VLSI 技術的發(fā)展引起的問題 VLSI 工藝要求規(guī)整性，RISC 正好 適應了VLSI 工藝的要求主存與控