浅谈RISC和CISC之争
赵翔宇2013213987 CISC是复杂指令集之意，是英文“Complex Instruction Set Computer”的缩写，它是指英特尔生产的x86（Intel CPU的一种命名规范）系列CPU及其兼容CPU（其他厂商如AMD,VIA等生产的CPU），它基于PC机(个人电脑)体系结构。这种CPU一般都是32位或64位的结构。CISC型CPU目前主要有Intel的服务器CPU和AMD的服务器CPU两类。
CISC的特点是指令集较为庞杂，这样的好处是可以在一条指令中实现较多的操作，可以有效的节约计算机的内存，因为早期计算机的内存可以说是极其宝贵的。然而随着计算机技术的发展，计算机研究人员觉得CISC的问题越来越严重。因为随着指令集的增加，对应的计算机的硬件结构也日渐复杂，硬件电路较为庞大，好在随着超大规模集成电路技术的快速发展，这个问题还没有到不能容忍的地步。研究人员也发现，在这众多的指令中，只有大约20%的指令是常用的，而剩下的80%的指令可以说是冷门指令。然而两者占据的资源却不合理，冷门指令占据了太多的资源，导致计算机资源分配不合理，严重影响计算机的性能。
于是在CISC基础上，研究人员提出来RISC的概念这种指令集的优势在于将计算机中最常用的20%的指令集集中优化，而剩下的不常用的80%则采用拆分为常用指令集等方式运行。基于RISC的处理器的优点在于大大简化了计算机硬件电路的复杂性，同时提高了代码的执行速度，特别是在并行处理方面，RISC具有很大的优势，因为流水线技术在RISC 上实现的更为出色。如果说是在同等数量级的门电路的处理器上，RISC要比CISC的优势更为明显。
目前的PC市场任然是以基于CISC的intel处理器占主导地位，这是与其强大的研发能力直接相关的，它的芯片研发始终保持在在一个较高的速度上，所以其性能还是很不错的，同时主流的操作系统windows 只垂青Intel 的X86 PC ，故而其在软件兼容以及应用丰富程度上可以说是领袖群伦。然而随着超大规模集成电路技术遇到难以克服的瓶颈，CISC处理器的发展前景并不让人看好，若想要进一步取得性能上的进步，则需要从RISC处理器上吸取长处，事实让研究人员们也是这样做的，Intel 公司在潜心研究了RISC后，开始大胆在基于CISC的x86中引入RISC的设计思想，增加了额外的一些“翻译层”。CPU外部依旧是x86，但是内部运行更为类似精简的RISC，于是CPU效能得到极大的提升。这足以说明RISC相比CISC有较大的优势。
现在的移动设备市场占主导的处理器是基于RISC的ARM处理器，其以出色的性能和功耗比迅速风靡，且有望主导PC市场，可以说如果在将来的一定时间里超大规模集成电路技术不能取得重大突破，则CISC的地位将十分危险。
x86架构诞生 早在1981年，IBM公司推出了基于Intel 8088处理器的个人电脑；和不久后的8086处理器相比，它是一台低价格，低性能的处理器。尽管在当时Motorola MC69000处理器的性能也相当不错，但是IBM这样选择的理由是因为8088处理器已经能够对地址总线进行“复用”，并且总线宽度达到8位，和以往相比，大大减少了整个系统的开销。由于当时没有芯片组这一概念，因此数据和指令的存储和读取都要依靠主板上的特殊门电路，这些部件也是8位的宽度。如果使用Mort ola MC69000处理器的话，那么在相同功能的情况下，主板需要更多的此类部件，因此大大增加了主板的制造成本。尽管有人建议，Morto la MC69000有助于系统性能的提高，但是IBM固守“简单就是美”的原则，毅然选择了8088处理器。 IBM的“生死抉择”却给软件开发者带来灾难性的影响（当时没有充分意识到）。由于处理器采用了808X的架构，因此数据和代码只能在64KB的范围内进行访问。如果某一个程序需要使用超过64KB的内存，那么程序不得不使用16位的段地址和16位的偏移地址组合，来达到20位的数据访问范围。当时的程序员就为16位到20位的地址转化伤透了脑筋。在程序的编译过程中，也引进了相应的内存使用模式（小
型，中型，大型，巨型）。系统集成的汇编语言在程序编写时，必须指明是近程调用（near call）还是远程调用（far call）。如果要把8088处理器的程序移植到如MC68000机时，就必须把地址扩展成32位，这个过程非常繁琐。 尽管64KB的限制是IBM个人电脑的一个死穴，但是当时IBM P C的市场销售额非常不错。8088处理器和DOS操作系统能够支持大部分的应用软件，因此IBM的个人电脑推出不久就受到各界的好评；而对于64KB的限制，人们似乎没有太多的关注。随着PC的成功推出，I BM着手于X86系统架构标准的制定，并且希望成为全球最大的电脑制造商。Intel和Microsft都参与了此标准的定制，并且携手进行个人电脑的开发。 第一个x86架构的“婴儿”便是于1985年推出的32位的80386处理器（386处理器）。当时，大部分的操作系统（或者准操作系统）还是16位模式，因此程序员也必须进行地址的转化，这个令人厌烦的转化工作直到Microsoft公司发布了第一款32位的操作系统Windo ws 95时，才得以解决。Windows 95是第一款使用32位地址的操作系统，它能够对32位空间的数据进行读写操作，并且80386处理器的内部有7个通用寄存器（GPRS）。 从19世纪80年代开始，X86架构快速的发展着。同时，RISC（精简指令集）架构也受到人们的关注，并且有不少成功的产品，如SPAR
CPU发展史 CPU又叫中央处理器，是英文单词Central Processing Unit的缩写，其内部结构大概可以分为控制单元、算术逻辑单元和存储单元等几个部分。按照其处理信息的字长可以分为：八位微处理器、十六位微处理器、三十二位微处理器以及六十四位微处理器等等。本文后面会提到许多比较艰生的理论知识，虽然我会努力把他们讲得生动浅显，但我确实没有办法让它象《还珠格格》那样有趣，不过你一定要把握住所有这些技术都是围绕突破速度极限而设立的，这是个万变不离其宗的道理。顺着这条路思索下去，你一定马上会问提高速度到底都有哪些方法呢？其实说起来很简单，科学家想到的地方，我们要留心也一定能发现得了。不外乎下面几种情况：优化指令集、提高处理器每个工作单元的效率、配置更多的工作单元或新的运行方式来增加并行处理能力、缩短运行的时钟周期以及增加字长等等。 八位微处理器的典型产品为Intel公司的8080处理器、8086处理器、Motorola公司MC6800微处理器和Zilog公司Z80微处理器。 十六位微处理器的典型产品是Intel公司的8086和80286微处理器。如果说8080处理器还不为各位所熟知的话，那么80286则可以说是家喻户晓了，个人电脑――PC机的第一代CPU便是从它开始的。 三十二位微处理器的代表产品是Intel公司1985年推出的80386，这是一种全三十二位微处理器芯片。1989年Intel公司又推出准三十二位处理器芯片80386SX。它的内部数据总线为三十二位，与80386相同，外部数据总线为十六位。也就是说，80386SX的内部处理速度与80386接近，也支持真正的多任务操作，而它又可以接受为80286开发输入/输出接口芯片。80386SX的性能优于80286，而价格只是80386的三分之一。386处理器没有内置协处理器，因此不能执行浮点运算指令，如果您需要进行浮点运算时，必须额外购买昂贵的80387协处理器芯片。 八十年代末九十年代初，486处理器面市，粗略的说486就是集成了浮点运算单元和8KB 高速缓存（说是高速但比现在一般内存的速度也有相当差距）的386。早期的486分为有协处理器的486DX和无协处理器的486SX两种，其价格也相差许多。随着芯片技术的不断发展，CPU的频率越来越快，而PC机外部设备受工艺限制，能够承受的工作频率有限，这就阻碍了CPU主频的进一步提高。在这种情况下，出现了CPU倍频技术，该技术使CPU内部工作频率为处理器外频的2－3倍，486DX2、486DX4的名字便是由此而来。 九十年代中期，全面超越486的新一代586处理器问世，为了摆脱486时代处理器名称混乱的困扰，最大的CPU制造商Intel公司把自己的新一代产品命名为Pentium（奔腾）以示区别。而AMD和Cyrix也分别推出了K5和6x86处理器。接下来Intel又为冲击服务器市场和争取多媒体制高点相继发布了Pentium Pro 和Pentium MMX。 1．技术变迁，RISC取代CISC 在现在来看第五代的微处理器的问世，应该算得上是PC个人电脑发展史上里程碑式的事件。然而这并非是因为它的速度较之以前有了本质的变化，主要原因是，从这里开始传统的X86指令集的CPU开始由CISC复杂指令集设计，转而开始采用部分RISC（简单指令系统计算机）技术。虽然从外观上这些CPU的指令依然复杂而且长度也参差不齐，但实际其内部的微指令已经是整齐化一的简单指令了。而由此也产生了两项全新的技术，超标量和流水线结构。接下来，我们简单介绍下他们的情况。 （1）复杂指令集 随着VLSI技术的发展，计算机的硬件成本不断下降，与此同时，软件成本却越来越高，这使得人们开始热衷于在指令系统中增加更多的指令以及让每条指令完成更复杂的工作，来提高操作系统的效率，并尽量缩短指令系统与高级语言的语义差别，以便于高级语言的编译
操作码 操作码：指令系统的每一条指令都有一个操作码，它表示该指令应进行什么性质的操作。不同的指令用操作码这个字段的不同编码来表示，每一种编码代表一种指令。组成操作码字段的位数一般取决于计算机指令系统的规模。 "操作码" 英文对照 new; operation code; function code; operating code; "操作码" 在工具书中的解释 1、计算机程序中所规定的要执行操作的那一部分指令*或字段(通常用代码表示)。 "操作码" 在学术文献中的解释 1、其中,操作码就是指令码,占一个字节的长度,一个字节码可以有多少操作数.目前,Java虚拟机规范中定义了220个字节码指令 2、第二,技术性符号也是通过0和1来定义的,例如,操作码+的定义是01100001,等等.由此可以看出,B中只有两个初始符号0和1 3、操作码其实就是指令序列号,用来告诉CPU需要执行哪一条指令.地址码则复杂一些,主要包括源操作数地址、目的操作数地址.在某些指令中,地址码可以部分或全部省略,比如一条空指令就只有操作码而没有地址码 4、操作码是指令操作功能的记述,而操作数描述操作的对象和操作的范围.PIC16F873共有35条指令,均是长度为14位的单字节指令 5、因此权限控制在业务接口上进行,按管理功能点划分管理操作权限,将每一个管理功能点划分为一个操作,用一个全局唯一的整数表示,称为操作码 6、至于其余各计数译码器因相应的按钮未被按故其输出皆为YO＝“回”上述操作可按照被按按钮的编号及被接的顺序和次数简写成1328“称为操作码 RISC 简介RISC（reduced instruction set computer，精简指令集计算机）是一种执行较少类型计算机指令的微处理器，起源于80年代的MIPS主机（即RISC机），RISC机中采用的微处理器统称RISC处理器。这样一来，它能够以更快的速度执行操作（每秒执行更多百万条指令，即MIPS）。因为计算机执行每个指令类型都需要额外的晶体管和电路元件，计算机指令集越大就会使微处理器更复杂，执行操作也会更慢。 纽约约克镇IBM研究中心的John Cocke证明，计算机中约20%的指令承担了80%的工作，于1974年，他提出RISC的概念。第一台得益于这个发现的电脑是1980年IBM的PC/XT。再后来，IBM的RISC System/6000也使用了这个思想。RISC这个词本身属于伯克利加利福尼亚大学的一个教师David Patterson。RISC这个概念还被用在Sun公司的SPARC微处理器中，并促成了现在所谓的MIPS技术的建立，它是Silicon Graphics的一部分。许多当前的微芯片现在都使用RISC概念。 RISC概念已经引领了微处理器设计的一个更深层次的思索。设计中必须考虑到：指令应该如何较好的映射到微处理器的时钟速度上（理想情况下，一条指令应在一个时钟周期内执行完）；体系结构需要多“简单”；以及在不诉诸于软件的帮助下，微芯片本身能做多少工作等等。 特点：除了性能的改进，RISC的一些优点以及相关的设计改进还有： @如果一个新的微处理器其目标之一是不那么复杂，那么其开发与测试将会更快。 @使用微处理器指令的操作系统及应用程序的程序员将会发现，使用更小的指令集使得代码开发变得更加容易。 @RISC的简单使得在选择如何使用微处理器上的空间时拥有更多的自由。 @比起从前，高级语言编译器能产生更有效的代码，因为编译器使用RISC机器上的更小的指令集。 除了RISC，任何全指令集计算机都使用的是复杂指令集计算（CISC）。 RISC典型范例如：MIPS R3000、HP—P A8000系列，Motorola M88000等均属于RISC微处理器。 RISC主要特点： RISC微处理器不仅精简了指令系统，采用超标量和超流水线结构；它们的指令数目只有几十条，却大大增强了并行处理能力。如：1987年Sun Microsystem公司推出的SPARC芯片就是一种超标量结构的RISC处理器。而SGI公司推出的MIPS处理器则采用超流水线结构，这些RISC处理器在构建并行精简指令系统多处理机中起着核心的作用。 RISC处理器是当今UNIX领域64位多处理机的主流芯片 性能特点一：由于指令集简化后，流水线以及常用指令均可用硬件执行； 性能特点二：采用大量的寄存器，使大部分指令操作都在寄存器之间进行，提高了处理速度； 性能特点三：采用缓存—主机—外存三级存储结构，使取数与存数指令分开执行，使处理器可以完成尽可能多的工作，且不因从存储器存取信息而放慢处理速度。 应用特点；由于RISC处理器指令简单、采用硬布线控制逻辑、处理能力强、速度快，世界上绝大部分UNIX工作站和服务器厂商均采用RISC芯片作CPU用。如原DEC的Alpha21364、IBM的Power PC G4、HP的PA—8900、SGI的R12000A和SUN Microsystem公司的Ultra SPARC ║。 运行特点：RISC芯片的工作频率一般在400MHZ数量级。时钟频率低，功率消耗少，温升也少，机器不易发生故障和老化，提高了系统的可靠性。单一指令周期容纳多部并行操作。在RISC微处理器发展过程中。曾产生了超长指令字（VLIW）微处理器，它使用非常长的指令组合，把许多条指令连在一起，以能并行执行。VLIW处理器的基本模型是标量代码的执行模型，使每个机器周期内有多个操作。有些RISC处理器中也采用少数VLIW指令来提高处理速度。Pentium 4微处理器体系结构完全采用RISC体系结构。 区别：RISC 和CISC 是目前设计制造微处理器的两种典型技术，虽然它们都是试图在体系结构、操作运行、软件硬件、编译时间和运行时间等诸多因素中做出某种平衡，以求达到高效的目的，但采用的方法不同，因此，在很多方面差异很大，它们主要有：（1）指令系统：RISC 设计者把主要精力放在那些经常使用的指令上，尽量使它们具有简单高效的特色。对不常用的功能，常通过组合指令来完成。因此，在RISC 机器上实现特殊功能时，效率可能较低。但可以利用流水技术和超标量技术加以改进和弥补。而CISC 计算机的指令系统比较丰富，有专用指令来完成特定的功能。因此，处理特殊任务效率较高。 （2）存储器操作：RISC 对存储器操作有限制，使控制简单化；而CISC 机器的存储器操作指令多，操作直接。 （3）程序：RISC 汇编语言程序一般需要较大的内存空间，实现特殊功能时程序复杂，不易设计；而CISC 汇编语言程序编程相对简单，科学计算及复杂操作的程序设计相对容易，效率较高。 （4）中断：RISC 机器在一条指令执行的适当地方可以响应中断；而CISC 机器是在一条指令执行结束后响应中断。
RISC与CISC结构的区别与比较 摘要：在计算机技术的许多变革中,复杂指令集计算机(CISC)过渡到精简指令集计算机(RISC)体系结构的转变是很重要的一个方面。正是RISC的出现发展大大推动了嵌入式系统性能的提高和功能的完善。本文主要论述二者的区别并在一些方面对这两种结构进行了比较。 关键词：RISC结构 CISC结构区别比较 正文： 1.RISC结构 1.1RISC结构的出现与发展 在20世纪90年代前CISC结构被广泛的使用，其特点是通过存放在只读存储器中的微码（microcode）来控制整个处理器的运行。一条指令往往可以完成一串运算的动作，但却需要多个时钟周期来执行。随着需求的不断增加，设计的指令集越来越多，为支持这些新增的指令，计算机的体系结构会越来越复杂。然而，在CISC指令集的各种指令中，其使用频率却相差悬殊，大约有20%的指令会被反复使用，占整个程序代码的80%。而余下的80%的指令却不经常使用，在程序设计中只占20%，显然，这种结构是不太合理的。为改变这种状况，1980年Patterson和Ditzel 两位学者完成了一篇题为《精简指令集计算机概述》的开创性论文，全面提出了精简指令集的设计思想，随后，柏克来大学的研究生依照此理论基础，设计出了第一颗精简指令集处理器RISC I，这颗处理器远比当时已经相当流行的CISC处理器简单的多，在设计上所花费的功夫也降低许多，但整体功能上的表现却与CISC处理器不相上下。从此处理器设计方向便分别向着这两个大的方向发展。实际上1980年以来，所有新的处理器体系结构都或多或少地采用了RISC的概念，甚至有些典型的CISC处理机中也采用了些RISC设计思想，比如Intel公司的80486、Pentium系列等。而RISC思想最成功也是第一个商业化的实例就是ARM，当然，它也放弃了一些RISC特征而保留了一些CISC 特征。 1.2RISC结构的特点 1.RISC把微处理器能执行的指令数目减少到最低限度,以提高处理速度。RISC 处理器比同等的CISC(复杂指令集计算机)处理器要快50%～ 75%,且RISC处理器
RISC(精简指令集计算机)和CISC(复杂指令集计算机)是当前CPU的两种架构。它们的区别在于不同的CPU设计理念和方法。 早期的CPU全部是CISC架构，它的设计目的是要用最少的机器语言指令来完成所需的计算任务。比如对于乘法运算，在CISC架构的CPU上，您可能需要这样一条指令：MUL ADDRA, ADDRB就可以将ADDRA和ADDRB中的数相乘并将结果储存在ADDRA中。将ADDRA, ADDRB中的数据读入寄存器，相乘和将结果写回内存的操作全部依赖于CPU中设计的逻辑来实现。这种架构会增加CPU结构的复杂性和对CPU工艺的要求，但对于编译器的开发十分有利。比如上面的例子，C程序中的a*=b就可以直接编译为一条乘法指令。今天只有Intel及其兼容CPU还在使用CISC架构。 RISC架构要求软件来指定各个操作步骤。上面的例子如果要在RISC架构上实现，将ADDRA, ADDRB中的数据读入寄存器，相乘和将结果写回内存的操作都必须由软件来实现，比如：MOV A, ADDRA; MOV B, ADDRB; MUL A, B; STR ADDRA, A。这种架构可以降低CPU 的复杂性以及允许在同样的工艺水平下生产出功能更强大的CPU，但对于编译器的设计有更高的要求。 CISC是英文“Complex Instruction Set Computer”的缩写，中文意思是“复杂指令集”，它是指英特尔生产的x86（intel CPU的一种命名规范）系列CPU及其兼容CPU（其他厂商如AMD,VIA等生产的CPU），它基于PC机(个人电脑)体系结构。这种CPU一般都是32位的结构，所以我们也把它成为IA-32 CPU。（IA: Intel Architecture，Intel架构）。CISC 型CPU目前主要有intel的服务器CPU和AMD的服务器CPU两类。 RISC是英文“Reduced Instruction Set Computing ” 的缩写，中文意思是“精简指令集”。它是在CISC(Complex Instruction Set Computer)指令系统基础上发展起来的，有人对CISC 机进行测试表明，各种指令的使用频度相当悬殊，最常使用的是一些比较简单的指令，它们仅占指令总数的20％，但在程序中出现的频度却占80％。复杂的指令系统必然增加微处理器的复杂性，使处理器的研制时间长，成本高。并且复杂指令需要复杂的操作，必然会降低计算机的速度。基于上述原因，20世纪80年代RISC型CPU诞生了，相对于CISC型CPU ,RISC型CPU不仅精简了指令系统，还采用了一种叫做“超标量和超流水线结构”，大大增加了并行处理能力（并行处理并行处理是指一台服务器有多个CPU同时处理。并行处理能够大大提升服务器的数据处理能力。部门级、企业级的服务器应支持CPU并行处理技术）。也就是说，架构在同等频率下，采用RISC架构的CPU比CISC架构的CPU性能高很多，这是由CPU的技术特征决定的。目前在中高档服务器中普遍采用这一指令系统的CPU，特别是高档服务器全都采用RISC指令系统的CPU。RISC指令系统更加适合高档服务器的操作系统UNIX，现在Linux也属于类似UNIX的操作系统。RISC型CPU与Intel 和AMD的CPU在软件和硬件上都不兼容。 复杂指令集CPU内部为将较复杂的指令译码，也就是指令较长，分成几个微指令去执行，正是如此开发程序比较容易（指令多的缘故），但是由于指令复杂，执行工作效率较差，处理数据速度较慢，PC 中Pentium的结构都为CISC CPU。 RISC是精简指令集CPU，指令位数较短，内部还有快速处理指令的电路，使得指令的译码与数据的处理较快，所以执行效率比CISC高，不过，必须经过编译程序的处理，才能发挥它的效率，我所知道的IBM的Power PC为RISC CPU的结构，CISCO 的CPU也是RISC的结构。
简述risc和cisc的区别 在计算机技术的许多变革中，复杂指令集计算机（CISC）过渡到精简指令集计算机（RISC）体系结构的转变是很重要的一个方面。正是RISC的出现发展大大推动了嵌入式系统性能的提高和功能的完善。 什么是CISC和RISC ？CISC的英文全称为Complex InstrucTIon Set Computer，即复杂指令系统计算机，从计算机诞生以来，人们一直沿用CISC指令集方式。早期的桌面软件是按CISC设计的，并一直沿续到现在。目前，桌面计算机流行的x86体系结构即使用CISC。微处理器（CPU）厂商一直在走CISC的发展道路，包括Intel、AMD，还有其他一些现在已经更名的厂商，如TI（德州仪器）、IBM以及VIA（威盛）等。在CISC微处理器中，程序的各条指令是按顺序串行执行的，每条指令中的各个操作也是按顺序串行执行的。顺序执行的优点是控制简单，但计算机各部分的利用率不高，执行速度慢。CISC架构的服务器主要以IA-32架构（Intel Architecture，英特尔架构）为主，而且多数为中低档服务器所采用。 RISC的英文全称为Reduced InstrucTIon Set Computer，即精简指令集计算机，是一种执行较少类型计算机指令的微处理器，起源于80年代的MIPS主机（即RISC机），RISC机中采用的微处理器统称RISC处理器。这样一来，它能够以更快的速度执行操作（每秒执行更多百万条指令，即MIPS）。因为计算机执行每个指令类型都需要额外的晶体管和电路元件，计算机指令集越大就会使微处理器更复杂，执行操作也会更慢。 特点区别各方面如下：1、指令系统 CISC 计算机的指令系统比较丰富，有专用指令来完成特定的功能。因此，处理特殊任务效率较高。 RISC 设计者把主要精力放在那些经常使用的指令上，尽量使它们具有简单高效的特色。对不常
编辑词条CISC CISC的英文全称为“Complex Instruction Set Computer”,即“复杂指令系统计算机”，从计算机诞生以来，人们一直沿用CISC指令集方式。早期的桌面软件是按CISC 设计的，并一直沿续到现在。目前，桌面计算机流行的x86体系结构即使用CISC。微处理器（CPU）厂商一直在走CISC的发展道路，包括Intel、AMD，还有其他一 些现在已经更名的厂商，如TI（德州仪器）、Cyrix以及VIA（威盛）等。在CISC 微处理器中，程序的各条指令是按顺序串行执行的，每条指令中的各个操作也是按顺序串行执行的。顺序执行的优点是控制简单，但计算机各部分的利用率不高，执行速度慢。CISC架构的服务器主要以IA-32架构（Intel Architecture,英特尔架构）为主，而且多数为中低档服务器所采用。 CISC(复杂指令集计算机)和RISC(精简指令集计算机)是当前CPU的两种架构。它们的区别在于不同的CPU设计理念和方法。早期的CPU全部是CISC架构，它的设计目的是要用最少的机器语言指令来完成所需的计算任务。比如对于乘法运算，在CISC架构的CPU上，您可能需要这样一条指令：MUL ADDRA, ADDRB就可以将ADDRA和ADDRB中的数相乘并将结果储存在ADDRA中。将ADDRA, ADDRB 中的数据读入寄存器，相乘和将结果写回内存的操作全部依赖于CPU中设计的逻辑来实现。这种架构会增加CPU结构的复杂性和对CPU工艺的要求，但对于编译器的开发十分有利。比如上面的例子，C程序中的a*=b就可以直接编译为一条乘法指令。今天只有Intel及其兼容CPU还在使用CISC架构。RISC架构要求软件来指定各个操作步骤。上面的例子如果要在RISC架构上实现，将ADDRA, ADDRB中的数据读入寄存器，相乘和将结果写回内存的操作都必须由软件来实现，比如：MOV A, ADDRA; MOV B, ADDRB; MUL A, B; STR ADDRA, A。这种架构可以降低CPU的复杂性以及允许在同样的工艺水平下生产出功能更强大的CPU，但对于编译器的设计有更高的要求。 RISC 和CISC 是目前设计制造微处理器的两种典型技术，虽然它们都是试图在体系结构、操作运行、软件硬件、编译时间和运行时间等诸多因素中做出某种平衡，以求达到高效 的目的，但采用的方法不同，因此，在很多方面差异很大，它们主要有： （1）指令系统：RISC 设计者把主要精力放在那些经常使用的指令上，尽量使它们具有简单高效的特色。对不常用的功能，常通过组合指令来完成。因此，在RISC 机器上实现特殊功能时，效率可能较低。但可以利用流水技术和超标量技术加以改进和弥补。而CISC 计算机的指令系统比较丰富，有专用指令来完成特定的功能。因此，处理特殊任务效率较高。 （2）存储器操作：RISC 对存储器操作有限制，使控制简单化；而CISC 机器的存储器操作指令多，操作直接。 （3）程序：RISC 汇编语言程序一般需要较大的内存空间，实现特殊功能时程序复杂，不易设计；而CISC 汇编语言程序编程相对简单，科学计算及复杂操作的程序社设计相对容易，效率较高。
RISC和CISC的区别 RISC的简介 RISC(reduced instruction set computer，精简指令集计算机)是一种执行较少类型计算机指令的微处理器(如下图) 起源于80年代的MIPS主机，RISC机中采用的微处理器统称RISC处理器。这样一来，它能够以更快的速度执行操作(每秒执行更多百万条指令，即MIPS)。因为计算机执行每个指令类型都需要额外的晶体管和电路元件，计算机指令集越大就会使微处理器更复杂，执行操作也会更慢。 RISC的简单使得在选择如何使用微处理器上的空间时拥有更多的自由。比起从前，高级语言编译器能产生更有效的代码，因为编译器使用RISC机器上的更小的指令集。 RISC微处理器不仅精简了指令系统，采用超标量和超流水线结构；它们的指令数目只有几十条，却大大增强了并行处理能力。如：1987年Sun Microsystem公司推出的SPARC芯片就是一种超标量结构的RISC处理器。而SGI公司推出的MIPS处理器则采用超流水线结构，这些RISC处理器在构建并行精简指令系统多处理机中起着核心的作用。RISC处理器是当今UNIX领域64位多处理机的主流芯片。 其特点主要有：一，由于指令集简化后，流水线以及常用指令均可用硬件执行；二，采用大量的寄存器，使大部分指令操作都在寄存器之间进行，提高了处理速度；三，采用缓存-主存-外存三级存储结构，使取数与存数指令分开执行，使处理器可以完成尽可能多的工作，且不因存储器存取信息而放慢处理
速度。由于RISC处理器指令简单、采用硬布线控制逻辑、处理能力强、速度快，世界上绝大部分UNIX工作站和服务器厂商均采用RISC芯片作CPU用。 RISC芯片的工作频率一般在400MHZ数量级。时钟频率低，功率消耗少，温升也少，机器不易发生故障和老化，提高了系统的可靠性。单一指令周期容纳多部并行操作。在RISC微处理器发展过程中。曾产生了超长指令字(VLIW)微处理器，它使用非常长的指令组合，把许多条指令连在一起，以能并行执行。VLIW处理器的基本模型是标量代码的执行模型，使每个机器指令内有多个操作。有些RISC处理器中也采用少数VLIW指令来提高处理速度。Pentium 4微处理器体系结构完全采用RISC体系结构。 CISC的简介 CISC是复杂指令系统计算机(Complex Instruction Set Computer)的简称，微处理器是台式计算机系统的基本处理部件，每个微处理器的核心是运行指令的电路。指令由完成任务的多个步骤所组成，把数值传送进寄存器或进行相加运算。 复杂指令集计算机(Complex Instruction Set Computer，CISC)早期的计算机部件比较昂贵，主频低，运算速度慢。为了提高运算速度，人们不得不将越来越多的复杂指令加入到指令系统中，以提高计算机的处理效率，这就逐步形成复杂指令集计算机体系。为了在有限的指令长度内实现更多的指令，人们又设计了操作码扩展。然后，为了达到操作码扩展的先决条件--减少地址码，设计师又发现了各种寻址方式，如基址寻址、相对寻址等，以最大限度地压缩地址长度，为操作码留出空间。Intel公司的X86系列CPU是典型的CISC体系的结构，从最初的8086到后来的Pentium系列，每出一代新的CPU，都会有自己新的指令，而为了兼容以前的CPU平台上的软件，旧的CPU的指令集又必须保留，这就使指令的解码系统越来越复杂。CISC可以有效地减少编译代
CISC（复杂指令集）与RISC（精简指令集）的区别 复杂指令集计算机(CISC) 长期来，计算机性能的提高往往是通过增加硬件的复杂性来获得．随着集成电路技术．特别是VLSI（超大规模集成电路）技术的迅速发展，为了软件编程方便和提高程序的运行速度，硬件工程师采用的办法是不断增加可实现复杂功能的指令和多种灵活的编址方式．甚至某些指令可支持高级语言语句归类后的复杂操作．至使硬件越来越复杂，造价也相应提高．为实现复杂操作，微处理器除向程序员提供类似各种寄存器和机器指令功能外．还通过存于只读存贮器(ROM)中的微程序来实现其极强的功能，傲处理在分析每一条指令之后执行一系列初级指令运算来完成所需的功能，这种设计的型式被称为复杂指令集计算机(Complex Instruction Set Computer-CISC)结构．一般CISC计算机所含的指令数目至少300条 以上，有的甚至超过500条． 精简指令集计算机(RISC) 采用复杂指令系统的计算机有着较强的处理高级语言的能力．这对提高计算机的性能是有益的．当计算机的设计沿着这条道路发展时．有些人没有随波逐流．他们回过头去看一看过去走过的道路，开始怀疑这种传统的做法：IBM公司没在纽约Yorktown的JhomasI.Wason 研究中心于1975年组织力量研究指令系统的合理性问题．因为当时已感到，日趋庞杂的指令系统不但不易实现．而且还可能降低系统性能．1979年以帕特逊教授为首的一批科学家也开始在美国加册大学伯克莱分校开展这一研究．结果表明，CISC存在许多缺点．首先．在这种计算机中．各种指令的使用率相差悬殊：一个典型程序的运算过程所使用的80％指令．只占一个处理器指令系统的20％．事实上最频繁使用的指令是取、存和加这些最简单的指令．这样-来，长期致力于复杂指令系统的设计，实际上是在设计一种难得在实践中用得上的指令系统的处理器．同时．复杂的指令系统必然带来结构的复杂性．这不但增加了设计的时间与成本还容易造成设计失误．此外．尽管VLSI技术现在已达到很高的水平，但也很难把CISC的全部硬件做在一个芯片上，这也妨碍单片计算机的发展．在CISC中，许多复杂指令需要极复杂的操作，这类指令多数是某种高级语言的直接翻版，因而通用性差．由于采用二级的微码执行方式，它也降低那些被频繁调用的简单指令系统的运行速度．因而．针对CISC的这些弊病．帕特逊等人提出了精简指令的设想即指令系统应当只包含那些使用频率很高的少量指令．并提供一些必要的指令以支持操作系统和高级语言．按照这个原则发展
CISC处理器和RISC处理器简介 在过去相当长的一段时间里，计算机性能的提高往往是通过不断增加系统硬件的复杂性来实现的。但是，随着集成电路技术的迅速发展，特别是超大规模集成电路（VLSI）技术的发展，为了提高软件编程的灵活性和提高程序的运行速度，硬件工程师采用的办法是：不断增加可实现复杂功能的指令和多种灵活的编址方式，这样做的直接后果是硬件越来越复杂，硬件设计成本越来越高。此外，为实现复杂操作，微处理器除了向程序员提供各种寄存器和机器指令功能外，还采用了微程序设计的方法，即将指令功能分解成微操作，将微操作进行编码，然后将编码存入程序ROM中，微命令经过译码后就可以完成相应的功能。这一设计思路在一定程度上可以降低电路的复杂性，同时也有利于产品的更新换代，但缺点是微命令的实现速度较慢。这种设计的形式被称为复杂指令集计算机（Complex Instruction Set Computer，CISC）结构，常见的X86就是CISC结构的处理器。 因此，传统处理器设计上曾面临速度、复杂性、设计周期以及产品更新换代等的矛盾。当计算机的设计沿着这条道路发展时，面对这些问题，有些人开始怀疑这种传统处理器设计做法，重新审视了处理器的设计过程，试图从设计理念上找到解决问题的方法。 IBM公司设在纽约Yorktown的Jhomas I.Wason研究中心于1975年组织力量对指令系统进行了大量研究。结果表明，软件中大部分的指令为简单指令，约占80%左右，但是这部分简单指令的运行时间占总运行时间的20%左右；软件中复杂指令只占一小部分，占20%左右，但是这部分复杂指令的运行时间却占了总处理器运行时间的80%左右。 因此，人们得出的结论是：从指令集中去掉复杂指令，而复杂指令的功能由软件来实现，这样可以简化电路设计，同时去掉微程序设计，采用硬连控制的方法来进一步提高处理器的运行速度。但是这其中涉及一个问题：复杂指令功能由软件实现能真正提高处理器的速度吗？答案是肯定的。因为程序中对复杂指令的使用频率较低，简单指令有利于流水线的执行，由于去掉了存储微程序的ROM，所以可以简化电路，从而节省集成电路芯片的面积，这部分面积可以用来增加Cache的容量，从而使处理器的速度得到明显的提高。 因此，针对CISC的这些弊病，有人提出了精简指令的设想，即只保留指令系统中那些使用频率很高的少量指令，同时提供一些必要的指令用以支持操作系统和高级语言。按照这个原则发展而成的计算机被称为精简指令集计算机（Reduced Instruction Set Computer，RISC）结构。现在的ARM处理器就是RISC结构的处理器。 RISC处理器的基本特征如下。 ?简单固定的指令格式： ?指令长度固定。大多数RISC处理器指令长度一般设定在总线宽度以内，尽量保证取指令码在一个总线周期完成，避免了多周期取指造成的流水线阻塞，同时指 令长度无须译码，这样简化了译码电路并节省了指令长度译码时间。 ?指令字段位置固定。 ?指令意义简单。功能单一，简化硬件逻辑。 ?大容量高速缓存1。缓存更多的指令和数据，减少访存次数。 ?流水线技术。尽量使指令在单周期执行完成，避免流水线阻塞，RISC的设计思想更利于指令按流水线方式的运行。 ?大量寄存器。尽量保证上下文切换尽可能在寄存器中完成。 ?硬连控制。以简化的指令集为基础，提高指令执行速度。 1关于高速缓存的知识，如果读者不是很熟悉的话，可以略过此部分，本书后面扩展阅读部分会有详细的解释。同时，高速缓存的原理和结构不在本书讨论范围内，读者可以根据自己的实际情况有选择地阅读。
区别 RISC 和CISC 是目前设计制造微处理器的两种典型技术，虽然它们都是试图在体系结构、操作运行、软件硬件、编译时间和运行时间等诸多因素中做出某种平衡，以求达到高效的目的，但采用的方法不同，因此，在很多方面差异很大，它们主要有： （1）指令系统：RISC 设计者把主要精力放在那些经常使用的指令上，尽量使它们具有简单高效的特色。对不常用的功能，常通过组合指令来完成。因此，在RISC 机器上实现特殊功能时，效率可能较低。但可以利用流水技术和超标量技术加以改进和弥补。而CISC 计算机的指令系统比较丰富，有专用指令来完成特定的功能。因此，处理特殊任务效率较高。（2）存储器操作：RISC 对存储器操作有限制，使控制简单化；而CISC 机器的存储器操作指令多，操作直接。 （3）程序：RISC 汇编语言程序一般需要较大的内存空间，实现特殊功能时程序复杂，不易设计；而CISC 汇编语言程序编程相对简单，科学计算及复杂操作的程序设计相对容易，效率较高。 （4）中断：RISC 机器在一条指令执行的适当地方可以响应中断；而CISC 机器是在一条指令执行结束后响应中断。 （5）CPU：RISC CPU 包含有较少的单元电路，因而面积小、功耗低；而CISC CPU 包含有丰富的电路单元，因而功能强、面积大、功耗大。 （6）设计周期：RISC 微处理器结构简单，布局紧凑，设计周期短，且易于采用最新技术；CISC 微处理器结构复杂，设计周期长。 （7）用户使用：RISC 微处理器结构简单，指令规整，性能容易把握，易学易用；CISC 微处理器结构复杂，功能强大，实现特殊功能容易。 （8）应用范围：由于RISC 指令系统的确定与特定的应用领域有关，故RISC 机器更适合于专用机；而CISC 机器则更适合于通用机。
RISC和CISC的比较 RISC的设计重点在于降低由硬件执行指令的复杂度，因为软件比硬件容易提供更大的灵活性和更高的智能，因此RISC设计对编译器有更高的要求；CISC的设计则更侧重于硬件执行指令的功能，使CISC的指令变得很复杂。总之RISC对编译器的要求高，CISC强调硬件的复杂性，CPU的实现更复杂。 RISC设计思想准则： 1．指令集----RISC处理器减少指令集的种类，通常一个周期一条指令，也就是说指令的周期是固定的，编译器或程序员通过几条指令完成一个复杂的操作；CISC的指令长度通常不固定。 2．流水线----流水线的本质就是CPU并行运行，只是并行运行不像FPGA中的那么直接，它只是把一条指令分成几个更小的执行单元；CISC指令的执行需要调用一个微程序，明显没有RISC的指令吞吐量大。 3．寄存器----RISC的寄存器拥有更多的通用寄存器，寄存器操作较多，例如ARM具有27个寄存器，CISC的寄存器都是用于特定目的的。 4．Load-store结构----处理器只处理寄存器中的数据，这是因为访问存储器很耗时，同时对外部存储器的读写会影响其寿命；CISC能够在存储器中直接运行 5．寻址方式简化，不像CISC那样的复杂众多的寻址方式
是一种技术的名字。而ARM体系结构目前被公认为是业界领先的32 位嵌入式RISC 微处理器结构。所有ARM处理器共享这一体系结构。因此我们可以从其所属体系比较入手，来进行X86指令集与ARM指令集的比较。 一、复杂指令集电脑CISC(Complex Instruction Set Computer) CISC是一种为了便于编程和提高记忆体访问效率的晶片设计体系。早期的电脑使用组合语言编程，由于记忆体速度慢且价格昂贵，使得CISC体系得到了用武之地。在20世纪90年代中期之前，大多数的微处理器都采用CISC体系──包括Intel的80x86和Motorola的 68K系列等。 1．CISC体系的指令特征 使用微代码。指令集可以直接在微代码记忆体（比主记忆体的速度快很多）里执行，新设计的处理器，只需增加较少的电晶体就可以执行同样的指令集，也可以很快地编写新的指令集程式。 庞大的指令集：可以减少编程所需要的代码行数，减轻程式师的负担。高阶语言对应的指令集：包括双运算元格式、寄存器到寄存器、寄存器到记忆体以及记忆体到寄存器的指令。 2．CISC体系的优缺点 优点：能够有效缩短新指令的微代码设计时间，允许设计师实现CISC体系机器的向上相容。新的系统可以使用一个包含早期系统的指令超集合，也就可以使用较早电脑上使用的相同软体。另外微程式指令的格式与高阶语言相匹配，因而编译器并不一定要重新编写。 缺点：指令集以及晶片的设计比上一代产品更复杂，不同的指令，需要不同的时钟周期来完成，执行较慢的指令，将影响整台机器的执行效率。 二、精简指令集电脑RISC(Reduce Instruction Set Computer) RISC是为了提高处理器运行的速度而设计的晶片体系。它的关键技术在于流水线操作（Pipelining）：在一个时钟周期里完成多条指令。而超流水线以及超标量技术已普遍在晶片设计中使用。RISC体系多用于非x86阵营高性能微处理器CPU，像HOLTEK MCU系列等。
1、关于RISC与CISC与哈佛结构冯诺依曼结构区别 关于这个问题，有人说51地址线复用，就是冯诺依曼结构。很多入门的书上基本上都说：由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备组成的系统都叫冯氏结构。也有的说：“程序存储器的数据线地址线”与“数据存储器的数据线地址线”共用的话，就是冯氏结构，所以51是该结构。（我认为说得太绝对了） 我认为冯氏结构与哈佛结构的区别应该在存储器的空间分别上，哈佛结构的数据区和代码区是分开的，它们即使地址相同，但空间也是不同的，主要表现在数据不能够当作代码来运行。(比如51---注) 地址线复用，就将它认为成冯氏结构，我认为这样不足取，应该是按照空间是否完全重合来辨别。比如PC机的代空间和数据空间是同一空间，所以是冯氏结构；51由于IO口不够，但代码空间和数据空间是分开的，所以还是哈佛构.(此种观点才是正确的--注) 另外，还有的把CISC RISC 和地址是否复用与是哪种结构这3这都混到一起。我认为这三者都没有必然的关系。只不过RISC因为精简了指令集，没有了执行复杂功能的指令，为了提高性能，常采用哈佛结构，并且不复用地址线。(这种说法不具体,有待补充---注) 材料二: 哈佛结构是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储器结构。中央处理器首先到程序指令存储器中读取程序指令内容，解码后得到数据地址，再到相应的数据存储器中读取数据，并进行下一步的操作（通常是执行）。程序指令存储和数据存储分开，可以使指令和数据有不同的数据宽度，如Microchip公司的PIC 16芯片的程序指令是14位宽度，而数据是8位宽度。 目前使用哈佛结构的中央处理器和微控制器有很多，除了上面提到的Micro chip公司的PIC系列芯片，还有摩托罗拉公司的MC68系列、Zilog公司的Z8系列、ATMEL公司的AVR系列和安谋公司的ARM9、ARM10和ARM11，51单片机也属于哈佛结构 冯·诺伊曼结构也称普林斯顿结构，是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构。程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置，因此程序指令和数据的宽度相同，如英特尔公司的8086中央处理器的程序指令和数据都是16位宽。 目前使用冯·诺伊曼结构的中央处理器和微控制器有很多。除了上面提到的英特尔公司的8086，英特尔公司的其他中央处理器、安谋公司的ARM7、MIPS 公司的MIPS处理器也采用了冯·诺伊曼结构。
计算机基本知识操作码 操作码：指令系统的每一条指令都有一个操作码，它表示该指令应进行什么性质的操作。不同的指令用操作码这个字段的不同编码来表示，每一种编码代表一种指令。组成操作码字段的位数一般取决于计算机指令系统的规模。 "操作码" 英文对照 new; operation code; function code; operating code; "操作码" 在工具书中的解释 1、计算机程序中所规定的要执行操作的那一部分指令*或字段(通常用代码表示)。 "操作码" 在学术文献中的解释 1、其中,操作码就是指令码,占一个字节的长度,一个字节码可以有多少操作数.目前,Java虚拟机规范中定义了220个字节码指令 2、第二,技术性符号也是通过0和1来定义的,例如,操作码+的定义是01100001,等等.由此可以看出,B中只有两个初始符号0和1 3、操作码其实就是指令序列号,用来告诉CPU需要执行哪一条指令.地址码则复杂一些,主要包括源操作数地址、目的操作数地址.在某些指令中,地址码可以部分或全部省略,比如一条空指令就只有操作码而没有地址码 4、操作码是指令操作功能的记述,而操作数描述操作的对象和操作的范围.PIC16F873共有35条指令,均是长度为14位的单字节指令 5、因此权限控制在业务接口上进行,按管理功能点划分管理操作权限,将每一个管理功能点划分为一个操作,用一个全局唯一的整数表示,称为操作码 6、至于其余各计数译码器因相应的按钮未被按故其输出皆为YO＝“回”上述操作可按照被按按钮的编号及被接的顺序和次数简写成1328“称为操作码 RISC 简介RISC（reduced instruction set computer，精简指令集计算机）是一种执行较少类型计算机指令的微处理器，起源于80年代的MIPS主机（即RISC机），RISC机中采用的微处理器统称RISC处理器。这样一来，它能够以更快的速度执行操作（每秒执行更多百万条指令，即MIPS）。因为计算机执行每个指令类型都需要额外的晶体管和电路元件，计算机指令集越大就会使微处理器更复杂，执行操作也会更慢。 纽约约克镇IBM研究中心的John Cocke证明，计算机中约20%的指令承担了80%的工作，于1974年，他提出RISC的概念。第一台得益于这个发现的电脑是1980年IBM的PC/XT。再后来，IBM的RISC System/6000也使用了这个思想。RISC这个词本身属于伯克利加利福尼亚大学的一个教师David Patterson。RISC这个概念还被用在Sun公司的SPARC微处理器中，并促成了现在所谓的MIPS技术的建立，它是Silicon Graphics的一部分。许多当前的微芯片现在都使用RISC概念。 RISC概念已经引领了微处理器设计的一个更深层次的思索。设计中必须考虑到：指令应该如何较好的映射到微处理器的时钟速度上（理想情况下，一条指令应在一个时钟周期内执行完）；体系结构需要多“简单”；以及在不诉诸于软件的帮助下，微芯片本身能做多少工作等等。 特点：除了性能的改进，RISC的一些优点以及相关的设计改进还有： @如果一个新的微处理器其目标之一是不那么复杂，那么其开发与测试将会更快。 @使用微处理器指令的操作系统及应用程序的程序员将会发现，使用更小的指令集使得代码开发变得更加容易。 @RISC的简单使得在选择如何使用微处理器上的空间时拥有更多的自由。 @比起从前，高级语言编译器能产生更有效的代码，因为编译器使用RISC机器上的更小的指令集。 除了RISC，任何全指令集计算机都使用的是复杂指令集计算（CISC）。 RISC典型范例如：MIPS R3000、HP—PA8000系列，Motorola M88000等均属于RISC微处理器。 RISC主要特点： RISC微处理器不仅精简了指令系统，采用超标量和超流水线结构；它们的指令数目只有几十条，却大大增强了并行处理能力。如：1987年Sun Microsystem公司推出的SPARC芯片就是一种超标量结构的RISC处理器。而SGI公司推出的MIPS处理器则采用超流水线结构，这些RISC处理器在构建并行精简指令系统多处理机中起着核心的作用。 RISC处理器是当今UNIX领域64位多处理机的主流芯片 性能特点一：由于指令集简化后，流水线以及常用指令均可用硬件执行； 性能特点二：采用大量的寄存器，使大部分指令操作都在寄存器之间进行，提高了处理速度； 性能特点三：采用缓存—主机—外存三级存储结构，使取数与存数指令分开执行，使处理器可以完成尽可能多的工作，且不因从存储器存取信息而放慢处理速度。 应用特点；由于RISC处理器指令简单、采用硬布线控制逻辑、处理能力强、速度快，世界上绝大部分UNIX 工作站和服务器厂商均采用RISC芯片作CPU用。如原DEC的Alpha21364、IBM的Power PC G4、HP的PA—8900、SGI的R12000A和SUN Microsystem公司的Ultra SPARC ║。 运行特点：RISC芯片的工作频率一般在400MHZ数量级。时钟频率低，功率消耗少，温升也少，机器不易发生故障和老化，提高了系统的可靠性。单一指令周期容纳多部并行操作。在RISC微处理器发展过程中。曾产生了超长指令字（VLIW）微处理器，它使用非常长的指令组合，把许多条指令连在一起，以能并行执行。VLIW处理器的基本模型是标量代码的执行模型，使每个机器周期内有多个操作。有些RISC处理器中也采用少数VLIW指令来提高处理速度。Pentium 4微处理器体系结构完全采用RISC体系结构。 区别：RISC 和CISC 是目前设计制造微处理器的两种典型技术，虽然它们都是试图在体系结构、操作运行、软件硬件、编译时间和运行时间等诸多因素中做出某种平衡，以求达到高效的目的，但采用的方法不同，因此，在很多