RISC和CISC

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RISC和CISC

CPU从指令集的特点上可以分为两类:CISC和RISC。我们所熟悉的 Intel 系列CPU就是 CISC 的 CPU 的典型代表。那么,RISC 又是什么呢?RISC是英文Reduced Instruction Set Computer的缩写,汉语意思为"精简指令系统计算机"。相对应的CISC就是"复杂指令系统计算机"的意思。

随着大规模集成电路技术的发展,计算机的硬件成本不断下降,软件成本不断提高,使得指令系统增加了更多更复杂的指令,以提高操作系统的效率。另外,同一系列的新型机对其指令系统只能扩充而不能减去旧型机的任意一条,以达到程序兼容。这样一来,指令系统越来越复杂,有的计算机指令甚至达到数百条。人们就称这种计算机为CISC(Complex Instruction Set Computer)。如IBM公司的大、中型计算机,Intel公司的8086、80286、80386微处理器等。

日益庞大的指令系统不仅使计算机研制周期变长,而且还有难以调试、难以维护等一些自身无法克服的缺点。于是,RISC的概念就应运而生,在1983年,一些中、小型公司开始推出RISC产品。

RISC并非只是简单地去减少指令,而是把着眼点放在了如何使计算机的结构更加简单合理地提高运算速度上。RISC机优先选取使用频最高的简单指令,避免复杂指令;将指令长度固定,指令格式和寻地方式种类减少;以便布线控制逻辑为主,不用或少用微码控制等措施来达到上述目的。

目前,RISC和CISC各有优势,而且界限并不那么明显了。现代的CPU往往采用CISC的外围,内部加入了RISC的特性。就连Intel最新的Pentium II等CISC芯片也具有了明显的RISC特征。另外,超长指令集CPU由于融合了RISC和CISC的优势,成为未来的CPU发展方向之一。

RISC与CISC的竞争

前面已用大量篇幅介绍了RISC结构的特点和优势,旨在说明RISC的出现是势在必行的事情,但若认为CISC会自行消亡那就大错特错了。毕竟RISC技术兴起只是近一二十年的事, RISC机器的产品还远不及CISC机器产品那样丰富,市场的占有率还不高。要在RISC结构和CISC结构之间做出一个优胜劣汰的裁决还为时过早。应该说现实的RISC结构和CISC结构是两种改善计算机系统的方式,都具有发展的潜力。这可从如下两方面来看:

(1)假定一个程序总的执行时间为T,T=N×C×S,式中N是要执行的指令数,C是平均每条指令执行所需的时钟周期数,S是处理器时钟周期。为提高程序的执行速度,CISC是着眼减小N,却付出了较大C的代价; RISC是力图减小C,却付出了较大N的代价。CISC和R1SC都努力减小S,即提高处理器的时钟速率。

(2)CISC技术的复杂性在于硬件,在于CPU芯片中控制器部分的设计与实现。RISC技术的复杂性在于软件,在于编译程序的编写与优化。 今后, RISC技术会迅猛发展,已有不少厂商宣称他们新的处理器产品是RISC结构;但CISC技术也不会停滞不前,已占据的庞大处理器产品市场是绝不会轻易被放弃的。竞争的结果有一点是明确的,即RISC设计包括某些CISC特色会有好处; CISC设计包括某些RISC特色也会是有益的。结果是,最近的RISC设计,如Power PC处理器,已不再是"纯"RISC结构;而最近的CISC设计,如pentium处理器系列,也融进不少RISC特征。

目前,纯RISC处理器产品主要用在工程工作站、嵌入式控制器和超级小型计算机上,其中,嵌入式控制器是指在激光打印机、图形处理设备以及网络的信关(gateway)设备中,以RISC处理器作为控制器,这样的RISC处理器价格只有12~50美元。为工作站设计的RISC处理器,其价格由200到1000美元,甚至更高。

以RISC处理器构成的体系都按如下方向进展:

·全64位实现;

·高速指令流水线;

·支持多媒体和数字信号处理器DSP的新指令;

·很高的处理器内部时钟速率,200MHZ或更高;

·超标量的实现,一般是4路或6路指令流水;

·功能极强浮点单元;

·大容量的片内cache, 16~64KB,甚至更大。

至于RISC技术对个人计算机PC的影响,它不是在PC中要不要使用的问题,而是必须借鉴、尽量使用以及如何大量使用的问题。但是应看到在PC市场上,Intel x86这样的CISC处理器占据着统治地位,数量巨大的各类应用软件是在Microsoft操作系统(Windows NT、Windows 95、98、2000、windows 3.X、 DOS)和Intel x86处理器这样的平台上编写的,并已编译成x86指令集的目标代码程序。RISC处理器的PC要想求得生存和发展必须解决软件问题,不仅要有Microsoft操作系统或UNIX操作系统支持,而且要解决X86应用软件移植到RISC处理器上的问题。各类X86应用软件是一笔巨大财,富是不容忽视的。

显然,RISC和CISC会在长时间的竞争中相反相成地发掘各自的潜力,又互相借鉴,共同前进