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    2021-07-19 20:03:35
    RISC技术 RISC 精简指令集计算机 CISC复杂指令集计算机 早期的计算机是用复杂指令集,但是在最早的时候,一定不是用复杂指令集。是在计算机发展的过程当中,CPU的设计人员,指令集体系结构的设计人员,为了适用应用...

    RISC技术
    RISC 精简指令集计算机
    CISC复杂指令集计算机
    早期的计算机是用复杂指令集,但是在最早的时候,一定不是用复杂指令集。是在计算机发展的过程当中,CPU的设计人员,指令集体系结构的设计人员,为了适用应用的发展,为了面相目标程序进行优化,面相高级语言进行优化,面相操作系统进行优化,把目标程序当中,经常用到的一些操作,把它变成计算机的指令,来加快这些应用,指令集开始变得复杂。甚至有的指令集甚至300条指令甚至400条指令,但是这么多条指令是不是真的有必要呢。在70年代末在80年代初的时候,就有人开始考虑,指令集是不是越庞大越好,指令的条数是不是越多越好,指令的功能是不是越强越好,对此人们做了分析。分析的结果人们得到了一个80%和20%的规律。在典型的程序当中,80%的语句,仅仅使用了指令集当中20%的指令。人们在处理机当中加入了很多很复杂的指令,导致计算机系统的控制器设计起来很复杂,甚至只能用微程序的方式来进行设计。这也导致了20%的指令,在复杂指令集中被拖慢。所以人们就想到,是不是可以只用那些常用的简单的20%的指令来设计指令集。而复杂的指令不用硬件来实现,是否能通过简单指令集组合的方式来实现复杂的指令的功能。这样的结果使CPU控制器控制起来非常快。
    指令长度固定,指令格式种类少,寻址方式少,那么译码就很简单。甚至操作码的位置固定,操作数的位置固定,那么在译码的同时也可以进行操作数的读取。
    另外采用LOAD/STORE这种指令集结构,只有这两条指令可以访存,其他指令都不能进行访存。那么其他指令所进行的传输操作,或者算数运算操作或者逻辑运算操作,只能在寄存器和寄存器之间进行,并且结果保存在寄存器当中。那么这样的话,CPU里有比较多的通用寄存器来支持这些操作。另外指令比较简单,指令之间的关系没有那么复杂。所以精简指令集计算机都是采用流水线的方式来做的,而且特别关注提高流水线的效率。在一个时钟周期要完成一个指令。这是一条简单的流水线。另外为了提高速度,所有的精简指令集的处理器都是采用组合逻辑的方式,也就是硬链的方式组合在一起,让他们的速度更快。
    CISC 复杂指令集计算机
    指令系统非常庞大,各种指令使用频度相差大
    指令长度不固定,指令格式种类多,寻址方式多,所以译码方式也就很复杂。
    访存指令不受限制
    CPU当中有专用的寄存器
    大多数指令需要多个时钟周期执行完毕
    采用为程序控制器

    两者比较
    1RISC 指令简单 控制器在CPU上占用的面积会非常小,剩余的硬件资源可以用做存储,提高2RISC 更能提高计算机运算速度,指令数,指令格式,寻址方式少,寄存器多,采用组合逻辑,便于实现指令流水
    3.RISC 便于设计,可降低成本,提高可靠性。
    4.RISC不易实现指令系统兼容

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    计算机体系结构和RISC技术发展的分析.doc

    计算机体系结构和RISC技术发展的分析

    摘要: 该文系统概述了现代计算机的两种主要体系结构CISC体系和RISC体系,叙述了当代RISC主流技术及主要特征,以及发展趋势,展望了未来计算机体系发展方向。

    关键词: CISC RISC,体系结构

    ANALYSISOfDevelopmentTrendOfputerArchitectureAndRISCTechnology

    SUNYang

    (informationandengineeringofjimeiuniversity,361021,china)

    ABSTRACT:thispapermainlyintroduceCISCarchitectureandRISCarchitectureofmodernpterandpointsoutcurrentRISCprimarytechnology,characteristics,andthedevelopmenttrend.thenrespectsthedevelopingtrendoffutureputerarchitecture.

    keyIPS,POWERPC,ALPHA等,不管是CISC体系结构还是RISC体系结构,人们在计算机体系结构的设计上都追求了二个方面的目标。

    2.CISC和RISC的区别

    CISC体系的指令集由微程序来实现,也就是说它的每一个操作均由若干微操作的程序组合来实现,所以CISC可以使用微指令编程的方式来实现多种和功能较复杂的指令。在RISC体系的指令集中,它的每一条指令直接由硬布线来实现。这就是说它的每条指令执行原则上有自己一套逻辑组合的时序电路直接实现,所以单条指令实现所占用的硬件资源相应要多。因为RISC体系没有能采用增加单条指令的功能或提高指令语义,也没有去增多指令的条数,而是集中于它的精简指令集上。RISC将把用户使用频率高的,数量少的指令通过硬件实现。其基本特征是指令单周期执行,一个周期内比CISC计算机有更高的指令吞吐率,且指令系统非常简单。RISC的思想认为,只要给一个基本的指令,就能产生一个丰富的软件系统。

    如果说CISC是计算机技术发展的天然产物,那么RISC应该是计算机技术发展的必然产物。两者之间的风格主要差异表现在两种体系结构的设计思想不同。

    计算机的一个最重要的性能是速度,一般用执行程序的时间来测量其速度。一个程序的执行时间等于其中的指令数乘以每条指令的执行时间,每条指令的执行时间等于每条指令执行的周期数和每周期的时间(即主频的倒数)。即TCPU=IN╳ CPI╳TC,速度可从以下方面来提高:

    (1)提高主频,则一个周期内的门的级数要少,器件的延时要小,现代工艺的迅速发展使器件的延时越来越小,主频也越来越高。

    (2)提高每条指令执行的周期数小。

    (3)可通过提高指令的语义级别来达到提高机器速度。

    由此可见,CISC体系主要通过提高指令语义级别来减少实现程序的指令条数。简化编译。但实际上指令系统中加入许多新的复杂指令后,并没有是编译简化。相反,由于复杂指令的加入,使得编译软件的设计更加困难,因为编译的基本任务是完成大量的各种分情况(CASE)分析,指令系统越复杂,则分情况的数目就越多。分析就越困难,需要的时间就越长,而且就越难获得关于代码生成的优化结果,统计表明,实际程序在执行过程中80%-90%的时间是花在占指令系统10%-20%的常用简单指令上。

    上述的情况使得CISC设计风格不可能成为经济有效的设计风格。而RISC体系的指令简单,指令集较小,指令语义低,几乎每条指令都是单周期执行,控制简单,基本是一些简单的逻辑电路,因此采用逻辑硬布线。这样可以减少单条指令周期,提高系统主频来提高指令执行速度。为了能有效地支持高级语言并提高CPU性能,在统计测试地基础上,RISC结构采用了以下一些特殊技术。

    1.在CPU中设置了较大量地寄存器,并采用窗口重叠寄存器技术。

    2.采用优化延迟转移技术。

    3.采用比较转移指令。

    4.采用优化编译技术。

    RISC技术经过近十几年的发展,已逐步完善和成熟,已从大学实验样机变成为工业界广泛接受并已大规模生产的产品,实践越来越证明它具有广阔的应用前景,小到专用的嵌入式控制器,大到组成小巨型机乃至巨型机和大规模并行机,RISC芯片已成为应用主流。

    3.RISC的发展趋势研究

    RISC要达到很高的性能,必须有相应的技术支持。目前,在RISC处理机中的发展趋势是对以下几种关键技术方面进行研究。

    1)延时转移技术-在RISC处理机中,指令一般采用流水线方式工作。取指令和执行指令并行进行。如果取指令和执行指令各需要一个周期,那么,在正常情况下,每一个周期就能执行完一条指令。然而,在遇到转移指令时,流水线就可能断流。

    2)采用指

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  • ???? 指令格式举例 . ????RISC技术 RISC:精简指令计算机 CISC:复杂指令计算机 学习资源来源: 哈工大 刘宏伟老师 计算机组成原理

    📖 指令格式举例

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    RISC:精简指令计算机
    CISC:复杂指令计算机

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    学习资源来源:
    哈工大 刘宏伟老师 计算机组成原理

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