精简指令集与复杂指令集的区别比较

arm x86 计算差异ARM和x86是两种不同的计算机架构，它们在处理器设计和指令集上存在一些差异。

本文将对ARM和x86的差异进行详细介绍。

ARM和x86都是广泛应用于个人电脑、服务器和移动设备等领域的计算机架构。

ARM架构主要用于低功耗设备，如智能手机和平板电脑，而x86架构则主要用于高性能计算机和服务器。

一、指令集差异ARM和x86的指令集存在一些差异。

ARM使用的是精简指令集（RISC）指令集，指令长度固定为32位。

而x86使用的是复杂指令集（CISC）指令集，指令长度可变，有16位和32位两种指令。

由于指令集的不同，ARM和x86在执行相同的任务时可能会有一些差异。

ARM的指令集设计更加简单，执行速度较快，适合用于低功耗设备。

而x86的指令集设计更加复杂，执行速度相对较慢，但可以处理更复杂的任务。

二、寄存器差异ARM和x86在寄存器的数量和用途上也存在一些差异。

ARM架构通常具有较少的通用寄存器，一般为16个。

而x86架构通常具有更多的通用寄存器，一般为8个。

ARM和x86在浮点寄存器和向量寄存器的设计上也存在一些差异。

ARM架构通常具有较多的浮点寄存器和向量寄存器，可以更高效地进行浮点运算和向量计算。

而x86架构通常使用协处理器来处理浮点运算。

三、内存管理差异ARM和x86在内存管理方面也存在一些差异。

ARM架构使用了一种称为页表的数据结构来管理内存，以实现虚拟内存和内存保护。

而x86架构使用了一种称为分段机制的方式来管理内存。

在虚拟内存方面，ARM和x86的实现方式略有不同。

ARM使用了一种称为TLB（Translation Lookaside Buffer）的高速缓存来加速地址转换，而x86使用了一种称为页表缓冲器（Translation Lookaside Buffer）的高速缓存。

四、操作系统支持差异由于ARM和x86在指令集和寄存器等方面存在一些差异，因此它们对操作系统的支持也有所不同。

计算机组成原理指令集体系结构的设计与优化计算机组成原理是计算机科学中的重要理论课程之一，它对于了解计算机的基本原理和内部结构起着重要的指导作用。

其中，指令集体系结构是计算机的核心组成部分之一，它决定了计算机能够执行的操作和运算方式。

本文将探讨指令集体系结构的设计与优化方法，以及其对计算机性能的影响。

一、指令集体系结构的定义与分类指令集体系结构是计算机硬件与软件之间的接口，它定义了计算机能够执行的指令和数据格式。

根据指令和数据的操作类型，指令集体系结构可以分为以下几类：1. 精简指令集（RISC）体系结构精简指令集体系结构采用简单的指令格式和操作方式，指令集的种类较少，每条指令的执行时间相对较短。

精简指令集体系结构的设计目标是提高指令执行速度和功耗效率，适用于大部分应用场景。

2. 复杂指令集（CISC）体系结构复杂指令集体系结构采用复杂的指令格式和操作方式，指令集的种类繁多，每条指令的执行时间相对较长。

复杂指令集体系结构的设计目标是提供更丰富的指令功能和编程灵活性，适用于特定应用场景。

3. 隐式数据流（VLIW）体系结构隐式数据流体系结构将多条指令捆绑在一起，共同操作一组数据，以提高指令级并行性。

隐式数据流体系结构的设计目标是充分利用硬件资源，提高指令的并行度和执行效率，适用于科学计算和嵌入式系统等领域。

二、指令集体系结构的设计原则指令集体系结构的设计涉及到多个方面的考虑，以下是一些常见的设计原则：1. 简洁性指令集应该尽量简洁，避免冗余和重复的操作。

简洁的指令集可以提高指令的执行效率和编程的方便性。

2. 完整性指令集应该具备足够的操作功能，能够满足各类应用的需求。

完整的指令集可以提高程序的编写效率和计算机的应用范围。

3. 兼容性指令集应该具备一定的兼容性，能够支持历史上的指令集和软件。

兼容的指令集可以方便用户迁移和使用已有的软件资源。

4. 可扩展性指令集应该具备一定的扩展性，能够支持后续的技术发展和硬件升级。

经典指令集和复杂指令集
经典指令集和复杂指令集是计算机体系结构中两种不同的指令集架构。

经典指令集是一种简单的指令集，它的指令集中只包含基本的操作码
和寻址模式。

而复杂指令集则包含更多的指令和寻址模式，使得它可
以执行更复杂的操作。

经典指令集最早出现在20世纪50年代，它的设计目的是为了简化计
算机的指令集，使得计算机的设计更加简单，易于实现和维护。

经典
指令集的指令集中只包含基本的算术和逻辑操作，以及简单的寻址模式，如直接寻址、间接寻址和寄存器寻址等。

这种指令集的优点是指
令集简单，易于实现和维护，但是它的缺点是不能执行复杂的操作，
需要使用更多的指令来完成同样的任务。

复杂指令集最早出现在20世纪70年代，它的设计目的是为了提高计
算机的性能和效率。

复杂指令集的指令集中包含更多的指令和寻址模式，使得它可以执行更复杂的操作，如乘法、除法、浮点运算等。

这
种指令集的优点是可以执行更复杂的操作，减少了程序的长度和执行
时间，但是它的缺点是指令集复杂，难以实现和维护。

经典指令集和复杂指令集各有优缺点，它们的选择取决于计算机的应
用场景和设计目的。

对于需要执行简单操作的计算机，经典指令集是
一个不错的选择，因为它的指令集简单，易于实现和维护。

而对于需要执行复杂操作的计算机，复杂指令集则是更好的选择，因为它可以执行更复杂的操作，减少了程序的长度和执行时间。

总的来说，经典指令集和复杂指令集都有自己的优缺点，它们的选择取决于计算机的应用场景和设计目的。

在未来的计算机设计中，我们可以看到这两种指令集的结合，以达到更好的性能和效率。

精简指令集和复杂指令集的区别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。

它们的区别在于不同的CPU设计理念和⽅法。

CPU架构是⼚商给属于同⼀系列的CPU产品定的⼀个规范，主要⽬的是为了区分不同类型CPU的重要标⽰早期的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。

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．按照这个原则发展⽽成的计算机被称为精简指令集计算机(Reduced Instruction Set Computer-RISC)结构．简称RISC．CISC与RISC的区别　 我们经常谈论有关"PC"与"Macintosh"的话题，但是⼜有多少⼈知道以Intel公司X86为核⼼的PC系列正是基于CISC体系结构，⽽ Apple 公司的Macintosh则是基于RISC体系结构，CISC与RISC到底有何区别？ 从硬件⾓度来看CISC处理的是不等长指令集，它必须对不等长指令进⾏分割，因此在执⾏单⼀指令的时候需要进⾏较多的处理⼯作。

精简指令集计算机及其特点精简指令集计算机是一种采用简化指令集的计算机体系结构。

与传统的复杂指令集计算机（CISC）相比，精简指令集计算机（RISC）采用更少、更简单的指令集，并且每个指令只执行基本操作。

以下将详细介绍精简指令集计算机的特点及其在计算机领域的应用。

一、精简指令集计算机的特点：1. 简化的指令集：精简指令集计算机的指令集较简单，每个指令只执行基本操作，如加法、减法、移位等。

这样可以减少指令的复杂性，提高指令的执行效率。

2. 定长指令格式：精简指令集计算机采用定长指令格式，每个指令占据相同的位数，这样可以简化指令的解码过程，提高指令的执行速度。

3. 硬件优化：精简指令集计算机在硬件设计上进行了优化，采用精简的指令集可以减少硬件的复杂性，降低成本，并提高计算机的性能。

4. 高性能：由于精简指令集计算机采用了简化的指令集和硬件优化，它具有较高的执行速度和较低的延迟，可以提供更高的计算性能。

5. 低功耗：由于精简指令集计算机的指令较简单，执行速度较快，因此可以在相同的计算任务下，以较低的时钟频率工作，从而降低功耗。

6. 易于编程：精简指令集计算机具有较简单的指令集，编程较为简单，易于学习和使用。

同时，由于指令集较少，编译器可以对代码进行更高效的优化，提高程序的执行效率。

7. 高可靠性：精简指令集计算机采用简化的指令集和硬件优化，减少了电路的复杂性和故障率，提高了计算机的可靠性。

二、精简指令集计算机的应用：1. 嵌入式系统：精简指令集计算机广泛应用于嵌入式系统，如智能手机、平板电脑、车载导航系统等。

由于嵌入式系统对功耗和性能要求较高，精简指令集计算机能够满足这些需求。

2. 移动设备：精简指令集计算机也被广泛应用于移动设备，如智能手表、智能眼镜等。

由于移动设备对功耗和性能要求较高，精简指令集计算机能够提供较低的功耗和较高的性能。

3. 服务器领域：在服务器领域，精简指令集计算机可以提供高性能和低功耗的解决方案。

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。

汇编语言的分类汇编语言是计算机编程中一种低级语言，用于将源代码转化为机器码以供计算机执行。

在计算机科学中，汇编语言可以根据不同的特性进行分类。

本文将介绍汇编语言的分类，并对每种分类进行详细说明。

一、按照使用的处理器进行分类根据所使用的处理器类型，汇编语言可以分为多类。

最常见的分类方式是根据处理器架构进行划分，主要包括x86汇编语言、ARM汇编语言和MIPS汇编语言等。

1. x86汇编语言：x86汇编语言是最广泛应用的汇编语言之一，主要用于x86架构的处理器，如英特尔的处理器和AMD的处理器。

x86汇编语言具有较高的执行效率和灵活性，广泛用于操作系统、驱动程序和嵌入式系统开发等领域。

2. ARM汇编语言：ARM汇编语言主要用于ARM架构的处理器，如移动设备和嵌入式系统中常见的ARM处理器。

ARM汇编语言具有较低的功耗和较高的性能，在移动应用、物联网和智能终端等领域得到广泛应用。

3. MIPS汇编语言：MIPS汇编语言用于MIPS架构的处理器，主要应用于嵌入式系统和网络设备等领域。

MIPS汇编语言具有简洁的指令集和高性能的特点，适用于资源有限的嵌入式系统。

二、按照指令系统进行分类根据指令系统的不同，汇编语言可以分为复杂指令集（CISC）和精简指令集（RISC）两类。

1. 复杂指令集（CISC）：复杂指令集汇编语言具有丰富的指令集合和复杂的指令格式，可以实现多种功能。

CISC汇编语言中的每个指令可以执行复杂的操作，但由于指令集繁多，编程复杂度较高，难以提高执行效率。

2. 精简指令集（RISC）：精简指令集汇编语言以简单、统一的指令格式为特点，指令集较为精简。

RISC汇编语言的每个指令只执行一项基本操作，简化了处理器的设计和编程的复杂性，并能够提高执行效率。

三、按照应用领域进行分类汇编语言还可以根据应用领域进行分类，不同应用领域对汇编语言具有不同的要求。

1. 系统级汇编语言：系统级汇编语言主要用于操作系统和底层系统软件开发，例如操作系统的内核、驱动程序等。

这里就不去管细节，简单来谈一下，ARM和X86之间为什么不太具有可比性的问题。

要搞清楚这个问题首先要明白什么是架构，之前也有很多人提到了架构不同，但架构是什么意思？它是一个比较抽象的概念，不太容易用几句话就解释清楚。

我们要明白CPU是一个执行部件，它之所以能执行，也是因为人们在里面制作了执行各种功能的硬件电路，然后再用一定的逻辑让它按照一定的顺序工作，这样就能完成人们给它的任务。

也就是说，如果把CPU看作一个人，首先它要有正常的工作能力（既执行能力），然后又有足够的逻辑能力（能明白做事的顺序），最后还要听的懂别人的话（既指令集），才能正常工作。

而这些集中在一起就构成了所谓的“架构”，它可以理解为一套“工具”、“方法”和“规范”的集合。

不同的架构之间，工具可能不同，方法可能不同，规范也可能不同，这也造成了它们之间的不兼容——你给一个意大利泥瓦匠看一份中文写成的烹饪指南，他当然不知道应该干什么了。

如果还看不懂，没关系，我们继续。

从CPU发明到现在，有非常多种架构，从我们熟悉的X86，ARM，到不太熟悉的MIPS，IA64，它们之间的差距都非常大。

但是如果从最基本的逻辑角度来分类的话，它们可以被分为两大类，即所谓的“复杂指令集”与“精简指令集”系统，也就是经常看到的“CISC”与“RISC”。

属于这两种类中的各种架构之间最大的区别，在于它们的设计者考虑问题方式的不同。

我们可以继续举个例子，比如说我们要命令一个人吃饭，那么我们应该怎么命令呢？我们可以直接对他下达“吃饭”的命令，也可以命令他“先拿勺子，然后舀起一勺饭，然后张嘴，然后送到嘴里，最后咽下去”。

从这里可以看到，对于命令别人做事这样一件事情，不同的人有不同的理解，有人认为，如果我首先给接受命令的人以足够的训练，让他掌握各种复杂技能（即在硬件中实现对应的复杂功能），那么以后就可以用非常简单的命令让他去做很复杂的事情——比如只要说一句“吃饭”，他就会吃饭。

复杂指令集和精简指令集指令集是计算机体系结构的重要组成部分，它是计算机执行程序的指令集合，包括操作码和操作数等元素。

指令集的设计和选择对计算机的性能、成本和可移植性等方面有很大的影响。

主要有两种指令集架构：复杂指令集（Complex Instruction Set Architecture，CISC）和精简指令集（Reduced Instruction Set Architecture，RISC）。

下面我们将详细介绍这两种架构的特点以及各自的优缺点。

一、复杂指令集（CISC）复杂指令集计算机体系结构最早出现在20世纪70年代，其最初的设想是将多条简单的指令合并成一条复杂的指令，以提高指令集的设计效率和程序的执行速度。

复杂指令集计算机单条指令可以针对一个任务执行多个操作，包括算术运算、逻辑运算、存储等操作。

它具有以下特点：1. 指令集较为复杂：CISC体系结构中的指令集合较为庞大，涵盖了多种算术运算、逻辑运算、访问存储器等操作，每条指令执行的操作数目较多。

2. 可以降低程序员的工作量：它具有很强的程序兼容性，程序员可以使用语义丰富、操作多样的指令来编写程序，编程较为简便。

3. 数据传输能力较强：CISC指令集支持多种地址寻址方式，可以通过一条指令传输大块数据，节省了时间和空间。

4. 代码密度较高：CISC指令具有较长的字长和高代码密度，可以使程序占用的内存较小。

5. 对内存的使用相对较少：由于CISC指令集中包含了很多常用的命令，所以相对于RISC指令集，CISC指令可以使程序的执行速度更快，CPU可以少使用内存。

不过随着时间的推移，CISC体系结构逐渐暴露出了一些问题。

CISC指令集架构虽然功能强大，但每条指令的执行时间较长，开销很高，导致处理器需要消耗更多的内存和时间来执行指令。

精简指令集计算机体系结构是20世纪80年代提出的一种新型的计算机架构，它的设计思想是通过增加寄存器数量和减少指令集的复杂程度，减少单条指令的执行时间，从而提高处理器的性能和效率。

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。