计算机系统结构CISC与RISC的比较..doc

计算机系统结构——CISC与RISC的比较 Zixie1991 一、CISC与RISC在结构和指令方面的比较 1、CISC结构与指令的特点 （1）指令系统庞大，指令功能复杂，指令格式、寻址方式多； （2）绝大多数指令需多个机器周期完成； （3）各种指令都可访问存储器； （4）采用微程序控制； （5）有专用寄存器，少量； （6）难以用优化编译技术生成高效的目标代码程序； 在CISC指令集的各种指令中，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%。使用频度只占20%的处理机运行时间 VLSI技术的发展引起的问题 VLSI工艺要求规整性，RISC正好适应了VLSI工艺的要求主存与控存的速度相当，简单指令没有必要用微程序实现，复杂指令用微程序实现与用简单指令组成的子程序实现没有多大区别；由于VLSI的集成度迅速提高，使得生产单芯片处理机成为可能。 软硬件的功能分配问题复杂的指令使指令的执行周期大大加长一般CISC处理机的指令平均执行周期都在4以上，有些在10以上 CISC增强了指令系统功能，简化了软件，但硬件复杂了，设计周期加长。 2、CISC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。 3、RISC结构和指令的特点： （1）单周期的执行：它统一用单周期指令。从根本上克服了CISC指令周期数有长有短，造成运行中偶发性不确定，致使运行失常的问题。 （2）采用高效的流水线操作：使指令在流水线中并行地操作，从而提高处理数据和指令的速度。 无微代码的硬连线控制。 （3）指令格式的规格化和简单化：为与流水线结构相适应且提高流水线的效率，指令的格式必须趋于简单和固定的规式。此外，尽量减少寻址方式，从而使硬件逻辑部件简化且缩短译码时间，同时也提高了机器执行效率和可靠性。 （4）采用面向寄存器堆的指令：RISC结构采用大量的寄存器——寄存器操作指令，使指令系统更为精简。控制部件更为简化，指令执行速度大大提高。由于VLSI技术的迅速发展，使得在一个芯片上做大量的寄存器成为可能。这也促成了RISC结构的实现。 （5）采用装入/存储指令结构：在CISC结构中。大量设置存储器——存储器操作指令，频繁地访问内存，将会使执行速度降低。RISC结构的指令系统中，只有装入/存储指令可以访问内存，而其它指令均在寄存器之间对数据进行处理。用装入指令从内存中将数据取出，送到寄存器；在寄存器之间对数据进行快速处理，并将它暂存在那里，以便再有需要时。不必再次访问内存。在适当的时候，使用一条存储指令再将这个数据送回内存。采用这种方法可以提高指令执行的速度。 （6）注重编译的优化，力求有效地支撑高级语言程序。 4、RISC优缺点 优点：在使用相同的晶片技术和相同运行时钟下，RISC系统的运行速度将是CISC的2～4倍。由于RISC处理器的指令集是精简的，它的记忆体管理单元、浮点单元等都能设计在同一块晶片上。RISC处理器比相对应的CISC处理器设计更简单，所需要的时间将变得更短，并可以比CISC处理器应用更多先进的技术，开发更快的下一代处理器。 缺点：多指令的操作使得程式开发者必须小心地选用合适的编译器，而且编写的代码量会变得非常大。另外就是RISC体系的处理器需要更快记忆体，这通常都集成于处理器内部，就是L1 Cache（一级缓存）。 二、ARM与X86 ARM处理器作为嵌入式系统中的主流处理器,使用精简指令集（RISC）。而Intel的X86系列处理器占据桌面领域的处理器的大量份额，使用的是复杂指令集。我们把ARM处理器所使用的指令集称为ARM指令集,把X86处理器所使用的指令集称为X86指令集。X86指令集是Intel为其第一块16位CPU(i8086)专门开发的， 后来的电脑中为提高浮点数据处理能力而增加的X87芯片系列数学协处理器另外使用X87指令，以后就将X86指令集和X87指令集统称为X86指令集。虽然随着CPU技术的不断发展，Intel陆续研制出更新型的i80386、i80486，但为了保证电脑能继续运行以往开发的各类应用程序以保护和继承丰富的软件资源，所以Intel公司所生产的所有CPU仍然继续使用X86指令集，所以它的CPU仍属于X86系列。由于Intel X86系列及其兼容CPU都使用X86指令集，所以就形成了今天庞大的X86系列及兼容CPU阵容。A