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精简指令集

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授课：XXX RISC的英文全称是Reduced Instruction Set Computer，中文是精简指令集计算机。特点是所有指令的格式都是一致的，所有指令的指令周期也是相同的，并且采用流水线技术。在中高档服务器中采用RISC指令的CPU主要有Compaq（康柏，即新惠普）公司的Alpha、HP公司的PA-RISC、IBM公司的PowerPC、MIPS公司的MIPS和SUN公司的Spare。

在分子生物学中RISC是RNA诱导沉默复合物。RNA诱导沉默复合物（RNA-induced silencing

complex,RISC），是RNA干扰技术中起作用的重要物质。一定数量的外源性双链RNA（dsRNA）进入细胞后，被类似于核糖核酸酶Ⅲ的Dicer酶切割成短的21~23bp的双链小干扰RNA（si

RNA），si RNA与解旋酶和其它因子结合，形成RNA诱导沉默复合物（RISC）。激活RISC需要一个依赖ATP的将小分子RNA解双链的过程。激活的RISC通过碱基配对定位到同源mRNA转录本上，并在距离siRNA 3'端12个碱基的位置切割mRNA。切割的机制尚不明了，但每个RISC都包含一个siRNA和一个不同于Dicer的RNA酶。因此，siRNA能够以序列同源互补的mRNA为靶点，通过促使特定基因的mRNA降解来高效、特意地阻断体内特定基因表达，诱发细胞呈现出特定基因表达降低表型。

中文名RNA诱导沉默复合物

外文名RNA-induced silencing complex,RISC

目录

1简介

2发展背景

▪ 发展分歧

▪ 提出原由

3优势

4特征

5结构特点

6发展前景

1简介

编辑

精简指令集，是计算机中央处理器的一种设计模式，也被称为RISC(Reduced Instruction

Set Computer的缩写)。[1]这种设计思路对指令数目和寻址方式都做了精简，使其实现更容易，指令并行执行程度更好，编译器的效率更高。常用的精指令集微处理器包括DECAlpha、ARC、ARM、AVR、MIPS、PA-RISC、PowerArchitecture(包括PowerPC)和SPARC等。这种设计思路最早的产生缘自于有人发现，尽管传统处理器设计了许多特性让代码编写更加便捷，但这些复杂特性需要几个指令周期才能实现，并且常常不被运行程序所采用。此外，处理器和主内存之间运行速度的差别也变得越来越大。在这些因素促使下，出现了一系列新技术，使处理器的指令得以流水执行，同时降低处理器访问内存的次数。早期，这种指令集的特点是指令数目少，每条指令都采用标准字长、执行时间短、中央处理器的实现细节对于机器级程序是可见的。

2发展背景

编辑

在早期的计算机业中，编译器技术尚未出现。程序是以机器语言或汇编语言完成的。为了便于编写程序，计算机架构师造出越来越复杂的指令，可以高阶程序语言直接陈述高阶功能。当时的看法是硬件比编译器更易设计，所以复杂的东西就加进硬件了。

加速复杂化的其它因素是缺乏大内存。内存小的环境中，具有极高讯息密度的程序较有利。希望对大家有所帮助，多谢您的浏览！

授课：XXX 当内存中的每一字节如此珍贵，例如储存某个完整系统只需几千字节，它使产业移向高度编码的指令、长度不等的指令、执行多个操作的指令，和执行数据传输与计算的指令。当时指令封包问题远比易解的指令重要。希望对大家有所帮助，多谢您的浏览！

授课：XXX 那时使用磁性技术,内存不仅小，而且很慢。这是维持极高讯息密度的其它原因。借着具有极高讯息密度封包，当必须存取慢速资源时可以降低频率。

CPU只有少数缓存器的两个原因︰

CPU内部缓存器远贵于外部内存。以当时的集成电路技术水准，大缓存器集对芯片或电路板区域只是多余的浪费。

具有大数量的缓存器将需要大数量的指令位(使用珍贵的RAM)以做为缓存器指定器。

基于上述原因，CPU设计师试着令指令尽可能做更多的工作。这导致一个指令将做全部的工作︰读入两个数字，相加，并且直接在内存储存计算结果。其它版本将从内存读取两个数字，但计算结果储存在缓存器。另一个版本将从内存和缓存器各读一个数字，并再次存入内存。以此类推。这种处理器设计原理最终成为复杂指令集(CISC)。

当时的目标是给所有的指令提供所有的寻址模式，此称为「正交性」。这在 CPU 上导致了一些复杂性，但就理论上每个可能的命令都可以单独的调试（调用，be tuned），这样使得程序员能够比用简单的命令来得更快速。

这类的设计最终可以由光谱的两端来表达， 6502 在光谱的一端，而 VAX 在光谱的另一端。单价25美元的 1MHz 6502 芯片只有单一的通用缓存器， 但它的极精简的单周期内存界面（single-cycle memory interface）让一个位的操作效能和更高频率设计几乎相同，例如

4MHz Zilog Z80 在使用相同慢速的记忆芯片下（大约近似 300ns）。

发展分歧

精简指令集

在计算机指令系统的优化发展过程中，出现过两个截然不同的优化方向：CISC技术和RISC技术。CISC是指复杂指令系统计算机(ComplexInstructionSetComputer)；RISC是指精减指令系统计算机(ReducedInstructionSetComputer)。这里的计算机指令系统指的是计算机的最低层的机器指令，也就是CPU能够直接识别的指令。随着计算机系统的复杂，要求计算机指令系统的构造能使计算机的整体性能更快更稳定。最初，人们采用的优化方法是通过设置一些功能复杂的指令，把一些原来由软件实现的、常用的功能改用硬件的指令系统实现，以此来提高计算机的执行速度，这种计算机系统就被称为复杂指令系统计算机，即ComplexInstructionSetComputer，简称CISC。另一种优化方法是在20世纪80年代才发展起来的，其基本思想是尽量简化计算机指令功能，只保留那些功能简单、能在一个节拍内执行完成的指令，而把较复杂的功能用一段子程序来实现，这种计算机系统就被称为精简指令系统计算机．即ReducedInstructionSetComputer，简称RISC。RISC技术的精华就是通过简化计算机指令功能，使指令的平均执行周期减少，从而提高计算机的工作主频，同时大量使用通用寄存器来提高子程序执行的速度

提出原由

IBM公司设在纽约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州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希望对大家有所帮助，多谢您的浏览！

授课：XXX 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(ReducedInstructionSetComputer-RISC)结构．简称RISC．

3优势

编辑

RISC和CISC是设计制造微处理器的两种典型技术，虽然它们都是试图

精简指令集

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。

精简指令集

（4）中断：RISC机器在一条指令执行的适当地方可以响应中断，但是相比CISC指令执行的时间短，所以中断响应及时；而CISC机器是在一条指令执行结束后响应中断。

（5）CPU：RISCCPU包含有较少的单元电路，因而面积小、功耗低；而CISCCPU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。

4特征

编辑

32位精简指令集架构希望对大家有所帮助，多谢您的浏览！

授课：XXX 统一指令编码(例如，所有指令中的op-code永远位于同样的位位置、等长指令)，可快速解译︰

泛用的缓存器，所有缓存器可用于所有内容，以及编译器设计的单纯化(不过缓存器中区分了整数和浮点数)；

单纯的寻址模式(复杂寻址模式以简单计算指令序列取代)；

硬件中支持少数数据型别(例如，一些CISC计算机中存有处理字节字符串的指令。这在RISC计算机中不太可能出现)。

RISC设计上同时也有哈佛内存模块特色，凡指令流和数据流在概念上分开；这意味着更改代码存在的内存地址对处理器执行过的指令没有影响（因为CPU有着独立的指令和数据缓存），至少在特殊的同步指令发出前。在另一面，这允许指令缓存和数据缓存同时被访问，通常能改进运行效率。

许多早期的RISC设计同样共享着不好的副作用——转移延时槽，转移延时槽是指一个跳转或转移指令之后的指令空间。无论转移是否发生，空间中的指令将被执行（或者说是转移效果被延迟）。这些指令让CPU的算术和逻辑单元（ALU）繁忙比通常执行转移所需更多的时间。现在转移延时槽被认为是实现特定RISC设计的副作用，现代的RISC设计通常避免了这个问题（如PowerPC，最近的SPARC版本，MIPS）。

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指令集

指令集

CPU作为一台电脑中的核心，它的作用是无法替代的。而CPU本身只是在块硅晶片上所集成的超大规模的集成电路，集成的晶体管数量可达到上亿个，是由非常先进复杂的制造工艺制造出来的，拥有相当高的科技含量。然而如此一颗精密的芯片为什么能够控制一个庞大而复杂的电脑系统呢？这就是CPU中所集成的指令集。所谓指令集，就是CPU中用来计算和控制计算机系统的一套指令的集合，而每一种新型的CPU在设计时就规定了一系列与其他硬件电路相配合的指令系统。而指令集的先进与否，也关系到CPU的性能发挥，它也是CPU性能体现的一个重要标志。

CPU的指令集从主流的体系结构上分为精简指令集和复杂指令集，而在普通的计算机处理器基本上是使用的复杂指令集。在计算机早期的发展过程中，CPU中的指令集是没有划分类型的，而是都将各种程序需要相配合的指令集成到CPU中，但是随着科技的进步，计算机的功能也越来越强大，计算机内部的元件也越来越多，而且越来越复杂，CPU的指令也相应的变得十分复杂，而在使用过程中，并不是每一条指令都要完全被执行，在技术人员的研究过程中发现，约有80％的程序只用到了20％的指令，而一些过于冗余的指令严重影响到了计算机的工作效率，就这一现象，精简指令集的概念就被提了出来。

精简指令集RISC就是（Reduced Instruction Set Computing）的缩写，而复杂指令集CISC则是（Complex Instruction Set Computing）的缩写。它们之间的不同之处就在于RISC指令集的指令数目少，而且每条指令采用相同的字节长度，一般长度为4个字节，并且在字边界上对齐，字段位置固定，特别是操作码的位置。而CISC指令集特点就是指令数目多而且复杂，每条指令的长度也不相等。在操作上，RISC指令集中大多数操作都是寄存器到寄存器之间的操作，只以简单的Load（读取）和Sotre（存储）操作访问内存地址。因此，每条指令中访问的内存地址不会超过1个，指令访问内存的操作不会与算术操作混在一起。在功能上，RISC指令集也要比复杂指令集具有优势，精简指令集可以大大简化处理器的控制器和其他功能单元的设计，不必使用大量专用寄存器，特别是允许以硬件线路来实现指令操作，从而节约的处理器的制造成本。而采用CISC指令集的处理器是使用微程序来实现指令操作，在执行速度上不如RISC指令集。另外，RISC还加强了并行处理能力，非常适合于采用处理器的流水线、超流水线和超标量技术，从而实现指令级并行操作，提高处理器的性能。而且随着VLSI（Very Large Scale Integration超大规模集成电路）技术的发展，整个处理器的核心甚至多个处理器核心都可以集成在一个芯片上。RISC指令集的体系结构可以给设计单芯多核处理器带来很多好处，有利于处理器的性能提高。

精简指令集和复杂指令集的区别

精简指令集和复杂指令集的区别

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

MIPS 指令集

MIPS 指令集

MIPS 指令集(31)

助记符 指令格式 示例 示例含义 操作及其解释

Bit # 31..26 25..21 20..16 15..11 10..6 5..0

R-type op rs rt rd shamt func

add 000000 rs rt rd 00000 100000 add $1,$2,$3 $1=$2+$3 rd  rs + rt ；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1

addu 000000 rs rt rd 00000 100001 addu $1,$2,$3 $1=$2+$3 rd  rs + rt ；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1,无符号数

sub 000000 rs rt rd 00000 100010 sub $1,$2,$3 $1=$2-$3 rd  rs - rt ；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1

subu 000000 rs rt rd 00000 100011 subu $1,$2,$3 $1=$2-$3 rd  rs - rt ；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1,无符号数

and 000000 rs rt rd 00000 100100 and $1,$2,$3 $1=$2 & $3 rd rs & rt ；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1

or 000000 rs rt rd 00000 100101 or $1,$2,$3 $1=$2 | $3 rd  rs | rt ；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1

xor 000000 rs rt rd 00000 100110 xor $1,$2,$3 $1=$2 ^ $3 rd rs xor rt ；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1(异或）

nor 000000 rs rt rd 00000 100111 nor $1,$2,$3 $1=~($2 | $3) rd  not(rs | rt) ；其中rs＝$2，rt=$3, rd=$1(或非）

ARM架构及ARM指令集、Thumb指令集你了解多少？

ARM架构及ARM指令集、Thumb指令集你了解多少？

ARM架构及ARM指令集、Thumb指令集你了解多少？

1991 年ARM 公司成⽴于英国剑桥，在成⽴后的那⼏年，ARM业绩平平，⼯程师们也⼈⼼惶惶，害怕随时都会失业。在这个情况下，ARM决定改变他们的产品策略——他们不再⽣产芯⽚，转⽽以授权的⽅式，将芯⽚设计⽅案转让给其他公司，即“Partnership”开放模式。

没想到正是这种模式，开创了属于ARM的全新时代。ARM所采取的是IP(Intellectual Property，知识产权)授权的商业模式，收取⼀次性技术授权费⽤和版税提成。

具体来说，ARM有三种授权⽅式：处理器、POP以及架构授权。

处理器授权是指授权合作⼚商使⽤ARM设计好的处理器，对⽅不能改变原有设计，但可以根据⾃⼰的需要调整产品的频率、功耗等。POP(processor optimization pack，处理器优化包)授权是处理器授权的⾼级形式， ARM出售优化后的处理器给授权合作⼚商，⽅便其在特定⼯艺下设计、⽣产出性能有保证的处理器。

架构授权是ARM会授权合作⼚商使⽤⾃⼰的架构，⽅便其根据⾃⼰的需要来设计处理器(例如后来⾼通的Krait架构和苹果的Swift架构，就是在取得ARM的授权后设计完成的)。所以，授权费和版税就成了ARM的主要收⼊来源。除此之外，就是软件⼯具和技术⽀持服务的收⼊。

⼀、ARM 微处理器的应⽤领域及特点ARM处理器市场覆盖率最⾼、发展趋势⼴阔，基于ARM技术的32位微处理器，市场的占有率⽬前已达到80%。绝⼤多数IC制造商都推出了⾃⼰的ARM结构芯⽚。我国的中兴集成电路、⼤唐电讯、华为海思、中芯国际和上海华虹，以及国外的⼀些公司如德州仪器、意法半导体、Philips、Intel、Samsung等都推出了⾃⼰设计的基于ARM核的处理器。

⼯业控制领域：作为32 的RISC 架构，基于ARM 核的微控制器芯⽚不但占据了⾼端微控制器市场的⼤部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应⽤领域扩展，ARM 微控制器的低功耗、⾼性价⽐，向传统的8 位/16 位微控制器提出了挑战。