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  • CISC与RISC的应用介绍

    2020-08-02 03:13:06
    CISC,Complex Instruction Set Computer,复杂指令系统计算机。 RISC,Reduced Instruction Set Computer,精简指令系统计算机。
  • CISC和RISC的主要特点和应用现状
  • 设计一台嵌入式CISC模型计算机(采用定长CPU周期或变长CPU周期),并能够运行具有一定功能的机器语言源程序对设计模型机进行验证。 课程设计中本人的选题为输入3个整数(无符号数),比较这三个数的大小并在输出设备...
  • cisc和risc讲解

    2018-08-28 22:25:54
    讲解cisc和risc的不同及区别,非常清楚,只需把分钟。
  • 瑞萨科技已开始着手开发面向新一代高性能CISC型微控制器的新架构CPU。开发产品为16位和32位的CPU。计划在2008年早些时候公布新CPU的规格。设想用于PC/OA/网络设备、民用产品、产业设备及汽车等。 目前该公司面向...
  • 采用定长 CPU 周期、联合控制方式,并运行能完成一定功能的机器语言源程序进行验证,机器语言源程序功能如下: 输入包含 5 个整数(有符号数)的数组 M,输出最大负数的绝对值。
  • RISC和CISC比较

    2017-03-15 08:41:31
    编程领域的人应该都知道RISC和CISC,但是他们各自分别是什么意思?又有什么区别?应用在哪些领域?本文中进行了详细的介绍
  • 瑞萨科技公司(Renesas Technology Corp.)近日宣布,推出“100 Emulator”全规格仿真器,以支持新的M16C系列、H8S系列和其他8至32位CISC(复杂指令集计算机)微控制器系列,从而增加了该公司的微控制器开发工具阵容。...
  • CISC-3140:实验室-源码

    2021-03-15 10:27:47
    CISC-3140 实验室 Lab 0 HTML模板,可打印问候世界,并链接到也可打印问候世界的javascript文件 实验1:创建具有大型团队的应用程序,以及在协作方面如何创建子团队更有效 实验2应用程序及其功能 实验3实习申请职位...
  • 本书是《微型计算机原理与接口技术》的第3版。作者根据计算机技术的发展及实际教学中的体会,除对原稿部分文字进行修订外,还对包括系统总线、汇编语言程序设计、半导体存储器等在内的部分内容做了一定的调整和扩充...
  • FPGA/CPLD 芯片的发展,使电子系统... 本文详细介绍了一种利用硬件描述语言 VHDL 和 EDA 技 术 构 建 8 位 CISC CPU 的设计原理与实现过程。在控制器的设计中采用了一种基于微程序控制器的方法,以实现指令的相关操作。
  • 该器件是集成了H8SX 32位CISC(复杂指令集计算机)CPU内核的H8SX系列微控制器的面向车载控制系统的新系列产品。作为最初的产品,瑞萨科技为H8SX/1720家族的气囊和仪表盘控制等应用发布了H8SX/1725F片上闪存微控制器...
  • CISC模型机设计

    2018-05-07 11:30:23
    该设计为基于VHDL语言的CISC模型机,也是一个CPU,资源包含了顶层电路,以及所有元器件的VHDL代码和最后的波形仿真图。
  • 微控制器是将微型计算机的主要部分集成在一个芯片上的单芯片微型计算机。微控制器诞生于20世纪70年代中期,经过20多年的发展,其成本越来越低,而性能越来越强大,这使其应用已经无处不在,遍及各个领域。...
  • MIPS(Million Instructions Per Second):单字长定点指令平均执行速度 Million Instructions Per Second的缩写,每秒处理的百万级的机器语言指令数。这是衡量CPU速度的一个指标。像是一个Intel 80386 电脑可以每秒...
  • 所有指令长度都是32位:这意味着没有指令能够仅占用两三个字节的内存空间(因而MIPS的二进制文件比典型的680x0或80x86大百分之二十到三十),也没有指令可以超过四个字节。
  • 介绍了一种基于FPGA芯片的8位CISC微处理器系统,该系统借助VHDL语言的自顶向下的模块化设计方法,设计了一台具有数据传送、算逻运算、程序控制和输入输出4种功能的30条指令的系统。在QUARTUSII系统上仿真成功,结果...
  • 了解手机芯片的基础
  • cisc437 Nadia Kiamilev Bhavin Gala cisc437 数据库项目。 源代码控制参考: 拉动 代码 GIT 添加 --all GIT COMMIT -am '消息到这里' git push 原点大师 SCP到服务器 ======== 欢迎来到我们的旅行故事数据库...
  • CISC工程设计代码

    2013-10-11 16:36:01
    (2) 设计微程序控制器(CISC模型计算机)或硬联线控制器(RISC模型计算机)的逻辑结构图。 (3) 设计机器指令格式和指令系统。 (4) 设计时序产生器电路。 (5) 设计所有机器指令的微程序流程图(CISC模型...
  • 点击上方“朱小厮的博客”,选择“设为星标”后台回复"书",获取后台回复“k8s”,可领取k8s资料CISC(复杂指令集计算机)和RISC(精简指令集计算机)是当前CPU的两...

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    CISC(复杂指令集计算机)和RISC(精简指令集计算机)是当前CPU的两种架构。它们的区别在于不同的CPU设计理念和方法。早期的CPU全部是CISC架构,它的设计目的是  CISC要用最少的机器语言指令来完成所需的计算任务。

    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。x86架构采用CISC,而ARM采用RISC。

    ARM成立于1991年,是一家出售IP(技术知识产权)的公司,所谓的技术知识产权,就有点像是卖房屋的结构设计图,至于要怎修改,哪边开窗户,以及要怎加盖其它的花园,就看买了设计图的厂商自己决定。 

    而ARM的架构是采用RISC架构,如同它的名称一样,Advanced RISC Machines,RISC架构在当初的PC架构争霸战虽然败给Intel所主导的x86处理器架构,却默默在另外的领域成长壮大;小从硬盘转速控制、电信基地台的计算、汽车喷射引擎的控制、音响系统、相机引擎,大到电动机具的控制等等,都能够看见采用ARM授权架构处理器的身影。 

    而有了设计图,当然还要有把设计图实现的厂商,而这些就是ARM架构的授权客户群。包括:高通、华为、联发科、TI、Freescale等。

    X86是英特尔Intel首先开发制造的一种微处理器体系结构的泛称,包括Intel8086、80186、80286、80386以及80486以86结尾系列,英特尔统治整个CPU产业链长达数十年。但是,Intel以增加处理器本身复杂度作为代价,去换取更高的性能,但集成的指令集数量越来越多,给硬件带来的负荷也就越来越大,无形中增加了功耗和设计难度。 

    ARM(Advanced RISC Machines)公司是苹果、Acorn、VLSI、Technology等公司的合资企业。ARM采用将芯片的设计方案授权(licensing)给其他公司生产的模式,在世界范围结成了超过100个的合作伙伴(Partners),将封闭设计的Intel公司变成全民公敌。

    ARM处理器非常适用于移动通信领域,具有低成本、高性能和低耗电的特性,ARM的高性价比和低耗能在移动市场比英特尔更具优势。 

    ARM的架构相较于x86有哪些特点?相较于基于CISC的x86架构处理器,由于为了满足电脑产业发展而不断加入指令集,使得处理器日益庞大,但每个指令集用到的频率也越差越大,许多指令到后来已经相当少用,甚至是可以被新的指令所取代。而ARM架构则大幅简化架构,仅保留所需要的指令,可以让整个处理器更为简化,拥有小体积、高效能的特性。 

    另外,ARM的架构老早就已经作到高密度整合,由于ARM授权的弹性以及核心架构单纯,ARM处理器架构可以很容易与其它专职的特殊核心,像是GPU、多媒体译码核心、基频调制解调器、I/O控制等架构整合,透过SoC(System On a Chip,系统单芯片)的方式,一颗小小的ARM架构应用处理器,完成近年x86架构处理器积极跨足的单芯片设计,并且透过各种不同的核心分工各司其职,ARM架构应用处理器的核心负担相较传统x86处理器低上许多,并且因为早前应用处理器的需求就是以低功耗为重点,即便如今效能不断提升,仍是以保有省电的特性为前提发展。 

    ARM架构的另一个优点,就是自由性,只要像ARM买下核心授权,就可以与其它IP公司的方案以及这家授权客户本身的优势技术整合,虽同为同一世代的ARM核心架构,即便频率相同,结果也不同。不过这也使得ARM应用处理器光从基本规格是不一定能看出操作效能的,例如同样隶属高通Snapdragon,频率1GHz的第一世代旗舰QSD8x50甚至不敌频率仅800MHz的第二世代MSM7230。 

    ARM的架构之所以在智能手机以及平板能够迅速窜红,苹果iOS装置可说是大功臣,在苹果之前,智能手机在市场上一直载浮载沉,虽然有着号称智能手机平台市占率第一的Nokia Symbian,以及Windows Mobile、Palm OS、BlackBerry等系统,不过当时的环境在缺乏行动网络为后盾,在线商店的概念也还未发展成型;一直到苹果以iPhone打响新世代智能手机第一炮后,市场才真正体认到智能手机原来可以是这么容易使用。 

    iPhone的出现也间接带起市场对于ARM架构应用处理器的需求,不过光是苹果也无法带起市场对于ARM处理器的需求,如WM(WP7)手机与Symbian也纷纷加入新一代智能手机战局,但是真正成为关键的,是Google Android宣布参战后,其它手机厂商取得一个相较过去成熟的通用智能手机平台,而各厂商又为了进行产品差异化,开始针对ARM架构应用处理器的效能以及硬件支持要求,使得过去发展缓速的ARM架构一下子热络起来,也让ARM架构一夕之间成为火热话题。 

    GOOGLE的Android系统和苹果的IPAD、IPHONE推出后,ARM架构的电脑系统(特别是在终端方面应用)受到用户的广泛支持和追捧,ARM+Android成为IT、通信领域最热门的话题,众多芯片厂商纷纷推出具有各种独特应用功能基于ARM结构开发的产品,近期最新形成的“异构概念”更成为电脑今后发展主要方向。在IT行业推崇了20多年的“性价比“概念受到根本的动摇和冲击,“适用的才是最好的”已经被越来越多的用户接受。 

    我们就ARM架构的系统与X86架构系统的特性进行一个系统分析,方便用户在选择系统时进行理性、合理的比价分析。

    一、性能: 

    X86结构的电脑无论如何都比ARM结构的系统在性能方面要快得多、强得多。X86的CPU随便就是1G以上、双核、四核大行其道,通常使用45nm(甚至更高级)制程的工艺进行生产;而ARM方面:CPU通常是几百兆,最近才出现1G左右的CPU,制程通常使用不到65nm制程的工艺,可以说在性能和生产工艺方面ARM根本不是X86结构系统的对手。 

    但ARM的优势不在于性能强大而在于效率,ARM采用RISC流水线指令集,在完成综合性工作方面根本就处于劣势,而在一些任务相对固定的应用场合其优势就能发挥得淋漓尽致。

    二、扩展能力 

    X86结构的电脑采用“桥”的方式与扩展设备(如:硬盘、内存等)进行连接,而且x86结构的电脑出现了近30年,其配套扩展的设备种类多、价格也比较便宜,所以x86结构的电脑能很容易进行性能扩展,如增加内存、硬盘等。 

    ARM结构的电脑是通过专用的数据接口使CPU与数据存储设备进行连接,所以ARM的存储、内存等性能扩展难以进行(一般在产品设计时已经定好其内存及数据存储的容量),所以采用ARM结构的系统,一般不考虑扩展。基本奉行“够用就好”的原则。

    三、操作系统的兼容性 

    X86系统由微软及Intel构建的Wintel联盟一统天下,垄断了个人电脑操作系统近30年,形成巨大的用户群,也深深固化了众多用户的使用习惯,同时x86系统在硬件和软件开发方面已经形成统一的标准,几乎所有x86硬件平台都可以直接使用微软的视窗系统及现在流行的几乎所有工具软件,所以x86系统在兼容性方面具有无可比拟的优势。 

    ARM系统几乎都采用Linux的操作系统,而且几乎所有的硬件系统都要单独构建自己的系统,与其他系统不能兼容,这也导致其应用软件不能方便移植,这一点一直严重制约了ARM系统的发展和应用。

    Google开发了开放式的Android系统后,统一了ARM结构电脑的操作系统,使新推出基于ARM结构的电脑系统有了统一的、开放式的、免费的操作系统,为ARM的发展提供了强大的支持和动力。

    四、软件开发的方便性及可使用工具的多样性 

    X86结构的系统推出已经近30年,在此期间,x86电脑经过飞速发展的黄金时期,用户的应用、软件配套、软件开发工具的配套及兼容等工作,已经到达非常成熟甚至可以说是完美的境界。所以使用X86电脑系统不仅有大量的第三方软件可供选择,也有大量的软件编程工具可以帮助您完成您所希望完成的工作。 

    Arm结构的电脑系统因为硬件性能的制约、操作系统的精简、以及系统兼容等问题的制约,造成Arm结构的电脑系统不可能像X86电脑系统那样有众多的编程工具和第三方软件可供选择及使用,ARM的编程语言大多采用C和JAVA。 

    对这一点的比较,更直接的结论是:基于x86结构电脑系统平台开发软件比arm结构系统更容易、更简单、实际成本也更低,同时更容易找到第三方软件(免去自己开发的时间和成本),而且软件移植更容易。 

    从以上对比分析,给了我们的一个很清晰的感觉,ARM和X86结构的电脑根本就无法对比,ARM根本就不是X86电脑的的对手。是的,如果只考虑上述几个方面的要数,ARM确实无法与X86电脑竞争,甚至连比较的资格都没有。但是近1、2年,ARM的产品在终端应用特别是手持终端应用飞速发展(如:智能手机、平板电脑等),其销售数量已经远远超出x86结构的电脑销售数量,可见ARM是具有其与X86结构电脑不可对比的优势。该优势就是:功耗。

    五、功耗 

    X86电脑因考虑要适应各种应用的需求,其发展思路是:性能+速度。20多年来x86电脑的速度从原来8088的几M发展到现在随便就是几G,而且还是几核,其速度和性能已经提升了千、万倍,技术进步使x86电脑成为大众生活中不可缺少的一部分。但是x86电脑发展的方向和模式,使其功耗一直居高不下,一台电脑随便就是几百瓦,即使是号称低功耗节能的手提电脑或上网本,也有十几、二十多瓦的功耗,这与ARM结构的电脑就无法相比。 

    ARM的设计及发展思路是:满足某个特殊方面的应用即可,在某一专项领域是最强的,(哪怕在其他方面一无是处),这样Arm以其不是最强的技术,同样也不是很高级制程的制造工艺,生产出性能不是很强的电脑系统,但在某个专业应用方面则是最好的,特别是在众多终端应用,尤其在移动终端应用上占有绝对优势的统治地位,这个原因就是:功耗。 

    高功耗导致了一系列X86系统无法解决的问题出现:系统的续航能力弱、体积无法缩小、稳定性差、对使用环境要求高等问题。从这里我们可以看到x86系统与ARM系统是在两个完全不同领域方面的应用,他们之间根本不存在替换性,在服务器、工作站以及其他高性能运算等应用方面,是可以不考虑功耗和使用环境等条件时,X86系统占了优绝对优势;但受功耗、环境等条件制约且工作任务固定的情况下ARM就占有很大的优势,在手持式移动终端领域,X86的功耗更使他英雄毫无用武之地。 

    但在很多的应用终端领域,现正成为两大阵营争夺的重点,ARM阵营努力增加其性能和系统(特别是操作系统)的通用性,蚕食x86系统的部分终端应用市场;X86阵营努力降低功耗保住其市场,同时侵入手持移动终端市场。 

    我们今天讨论的重点就是在两大阵营都能可以覆盖的终端应用领域进行对比、分析。这类型的应用一定是终端应用,通常有下面几个特征: 

    • 1、系统的工作性质比较固定(如:POS、ATM、车载电脑系统、多媒体广告播放系统、视频监控系统,以及众多的信息接收、控制系统和专业的工控系统等等);

    • 2、应用环境比较恶劣,如:温度变化很大,高温超过40度,低温达零下20度;多尘、潮湿等;

    • 3、有一定的应用数量,但数量不是很大。 

    这部分的应用领域传统上是由X86结构的低功耗工控机(系统)实现的,但近几年ARM系统的飞速发展,特别是Android操作系统出现后,ARM+Android大有取代x86系统占领(低功耗)终端应用领域的趋势。我们在考虑这种应用对比时根据ARM和X86的特性对比主要还考虑以下以及因数: 


    1、性能: 

    如果ARM系统的性能能满足应用需求时,建议尽可能可虑采用ARM结构的产品,否则只能考虑X86的产品。注意在这里我们要强调的是:不要讲两个系统的绝对性能进行比较,而是以能否您的应用特点为标准进行分析。 


    2、应用数量: 

    如果您的应用数量太少,您可能根本不值得独立开发一套应用系统,但如果您的应用数量达到几百甚至过千时,您是值得考虑自己开发一套新的系统的。因为:Arm的开发成本和制造成本相对比较低,如果有几百个以上终端应用,应该可以分摊掉开发成本。 

    如果选用X86结构的系统,根本不应该考虑单独开发一套专用系统(因为开发成本太高,可能是ARM的10倍),而是在市场上筛选出最接近您需求的产品,以避免高昂的硬件开发成本,和今后的制造成本(如果批次生产的数量不够,排产成本也会很高)。 


    3、操作系统 

    ARM的操作系统通常是单独建立一个自己的Linux系统,且系统与系统间不能兼容,这严重制约了Arm的应用扩展,但Android出现后,系统兼容的屏障正逐步消失,促进了系统以及应用软件的兼容,大大扩大了ARM应用软件的的数量同时扩大了其应用空间。 


    4、功耗以及功耗延伸的系列问题 

    ARM的优势是功耗低,其实低功耗还意味着:

    1)稳定性高:因为功耗越高电子元器件的稳定性和可靠性越差,对低功耗的产品只要选择好外围元件的品质,系统的稳定性不会有太大问题; 

    2)散热成本低和可以考虑更小的产品体积:对高功耗的产品不可避免要考虑散热问题,而散热设备(或器件)的存在,有制约了产品的体积,对某些场合的应用构成致命的制约。但ARM的功耗<1W,完全不用考虑散热问题。 

    3)功耗低对供电电源的要求低:几乎所有电子产品,(在同等条件下)功耗越高对电源的要求越高,电源的成本就越高。 

    4)功耗低电池的续航时间长,这不作详尽解释。

    5)功耗低对抗环境伤害的能力强:低功耗产品因为不用考虑散热,可以将产品密封保护起来,但高功耗产品必须散热,甚至需要风扇帮助散热,这样必然使很多的元件和线路裸露在空气中,被空气中的尘埃、湿气、酸碱物质等腐蚀。 


    5、软件开发成本问题 

    Arm的操作系统很小(精简)不可能带很多工具,通常基于Arm的软件大多用C或JAVA开发,其成本会比基于X86系统的高。而且对大多数ARM而言,因其操作系统不一样,软件业不能在两个系统中自由互换使用,但一般来说:用C或JAVA编写的软件只需在ARM平台的操作系统中编译一下就可以移植过去。 

    但对Android系统开发的软件,只要能在某台Arm设备中运行,就可以在另一台基于同样系统的设备中运行。 


    6、硬件的开发成本 

    ARM实际上在CPU芯片中已经整合了几乎所有功能,几乎所有线路按原理图直接拉出就可以了,需要扩展的部分一般不多,所以其开发成本会比较低,通常三五万就可以了。 

    但X86的外围线路很多,需要相当经验的工程师,而且还有BIOS等设计,所以X86主板的设计费用会比较高,通常要二三十万。 


    7、硬件的制造及应用成本 

    无论Arm或X86主板其制造成本都是由元件和加工费构成,通常一片ARM的主板价格与一片X86主板的价格差不多,但ARM是一片可以独立使用的产品,但x86主板通常还要加上:CPU、内存、硬盘甚至还有显卡。 

    另外,X86还要配上一个电源,这个电源比ARM得电源要贵很多。所以:明显X86在硬件方面的应用成本比ARM高得多。 

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  • CISC与RISC

    2017-11-22 20:56:39
    简单介绍 RISC 和 CISC 两种体系结构

    CPU架构

    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。

    简而言之,CPU 架构就是 CPU 的硬件架构,又叫微架构。它其实就是是一堆硬件电路,去实现指令集所规定的操作运算。因为处理器架构就是用硬件电路实现指令集,因此可以说指令集决定了处理器的架构。但是具体用什么样的处理器架构,设计怎样的硬件电路,每个人设计的都可以不一样。因此 CPU 会有不同的架构。百度百科对 CPU 架构的概念定于如下:

    CPU 架构是 CPU 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的CPU 。

    CISC 和 RISC 的简单介绍

    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。但是也有人认为这样会让事情变的太复杂,毕竟接受命令的人要做的事情很复杂,如果你这时候想让他吃菜怎么办?难道继续训练他吃菜的方法?我们为什么不可以把事情分为许多非常基本的步骤,这样只需要接受命令的人懂得很少的基本技能,就可以完成同样的工作,无非是下达命令的人稍微累一点——比如现在我要他吃菜,只需要把刚刚吃饭命令里的“舀起一勺饭”改成“舀起一勺菜”,问题就解决了。

    这就是“复杂指令集”和“精简指令集”的逻辑区别。可能有人觉得明显是精简指令集好,但是我们不好去判断它们之间到底谁好谁坏,因为目前这两种指令集都在蓬勃发展,而且都很成功 —— X86 是复杂指令集(CISC)的代表,而 ARM 则是精简指令集(RISC)的代表,甚至 ARM 的名字就直接表明了它的技术:Advanced RISC Machine——高级 RISC 机。

    比较 RISC 和 CISC 的性能没有意义

    RISC 和 CISC 之间不好直接比较性能,因为它们之间的设计思路差异太大。这样的思路导致了 CISC 和 RISC 分道扬镳 — 前者更加专注于高性能但同时高功耗的实现,而后者则专注于小尺寸低功耗领域。实际上也有很多事情 CISC 更加合适,而另外一些事情则是 RISC 更加合适,比如在执行高密度的运算任务的时候 CISC 就更具备优势,而在执行简单重复劳动的时候 RISC 就能占到上风,比如假设我们是在举办吃饭大赛,那么 CISC 只需要不停的喊“吃饭吃饭吃饭”就行了,而 RISC 则要一遍一遍重复吃饭流程,负责喊话的人如果嘴巴不够快(即内存带宽不够大),那么 RISC 就很难吃的过 CISC。但是如果我们只是要两个人把饭舀出来,那么 CISC 就麻烦得多,因为 CISC 里没有这么简单的舀饭动作,而RISC就只需要不停喊“舀饭舀饭舀饭”就 OK 了。

    CISC 概念

    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 ,微处理器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。

    RISC 概念

    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。这样一来,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,它也降低了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。

    微码/微指令:在使用微码技术的处理器中,实际存在着两套不同层次的指令:一套是面向程序员的,高层的指令;一套是面向硬件实现的,底层的微码。在指令与微码之间存在着一个“解释器”,它将指令翻译成对应的微码序列。其中,微码位于 ROM 中,指令位于内存中。CPU执行时,会经历“取值-译码-执行阶段”。指令在进入 CPU 后,会被译码成微码。

    CISC 和 RISC 的区别

    我们经常谈论有关”PC”与”Mac”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 Mac 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。而 RISC 执行的是等长精简指令集,CPU 在执行指令的时候速度较快且性能稳定。因此在并行处理方面 RISC 明显优于 CISC。RISC 可同时执行多条指令,它可将一条指令分割成若干个进程或线程,交由多个处理器同时执行。由于 RISC 执行的是精简指令集,所以它的制造工艺简单且成本低廉。

    此外,CISC 结构的计算机数据线和指令线是分时复用的,即所谓的冯·诺依曼结构(Von Neumann),也称普林斯顿结构,是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起统一编址的存储器结构。采用 RISC 结构的单片机数据线和指令线分离,即所谓的哈佛结构(Harvard),处理器取指令和取数据可同时进行。

    从软件角度来看,CISC 运行的则是我们所熟识的 DOS、Windows 操作系统,而且它拥有大量的应用程序。因为全世界有 65% 以上的软件厂商都理为基于 CISC 体系结构的 PC 及其兼容机服务的,像赫赫有名的 Microsoft 就是其中的一家。而 RISC 在此方面却显得有些势单力薄。虽然在 RISC 上也可运行 DOS、Windows,但是需要一个翻译过程,所以运行速度要慢许多。

    目前 CISC 与 RISC 正在逐步走向融合,Pentium Pro、Nx586、K5就是一个最明显的例子,它们的内核都是基于 RISC 体系结构的。他们接受 CISC 指令后将其分解分类成 RISC 指令以便在一时间内能够执行多条指令。由此可见,下一代的 CPU 将融合 CISC 与 RIS C两种技术,从软件与硬件方面看二者会取长补短。

    参考文献

    [1] ARM与X86不具备可比性 性能差距可大上千倍
    [2] CPU 的指令集存放在什么地方

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  • 这个项目的开始是努力为我的CISC187 C ++课程的学生选择合适的教科书。 该项目的目标是制作一本教科书,该教科书: 在中级水平上涉及C ++编程-不太基础,但不太高级。 强调充分利用“现代” C ++-C ++ 11及更高...
  • 复杂指令集计算机(CISC) CISC的英文全称为“Complex InstrucTIon Set Computer”,即“复杂指令系统计算机”,从计算机诞生以来,人们一直沿用CISC指令集方式。早期的桌面软件是按CISC设计的,并一直沿续到现在。...

    博文背景

    最近想学习一些树莓派的知识,便看了一本书《树莓派开始,玩转Linux》,在阅读此书的时候,顺便把其中不懂的知识重新梳理一些,算是作为自己的读书笔记了。 有感兴趣的同学,可以一起研究学习。毕竟软件搞久了,真是有点无聊了,接触一些硬件的知识,反而感觉新颖,真是别有一番滋味了。毕竟一切软件的载体都是这是硬件,了解一些底层说不定可以收获到意想不到的见解。

     

    你知道iOS、Windows Phone、Android这3大平台的手机共通点是什么吗?除了都可以打电话、传简讯、安装App之外,在硬件架构上最大的共同点,就是这些手机CPU全都是采用ARM架构。现在连Microsoft都相中这块逐渐成长中的市场大饼,下一代的微软视窗作业系统Windows 8也将会推出ARM版本,称为Windows RT。究竟ARM与行动装置的关系是什么?又如何在这竞争激烈的市场中存活下去,逐渐壮大在嵌入式产品的影响力?

    在计算机技术的许多变革中,复杂指令集计算机(CISC)过渡到精简指令集计算机(RISC)体系结构的转变是很重要的一个方面。正是RISC的出现发展大大推动了 嵌入式系统性能 的提高和功能的完善。

     

     世界上首颗RISC处理器


    随着时间过去,渐渐地发现原本的硬件设计已不符需求,Acorn想要升级机器内的CPU。当时处理器的发展潮流是由8位元转向16位元,一开始有考虑使用美国国家半导体以及Motorola新的16位元芯片,但是经过评估后,发现2个缺点。

    执行上有点慢,中断的回应时间太长,而且太贵。

    一台500英镑的计算机,CPU售价高达100英镑。

    于是只好转向Intel,要求提供一些80286设计资料以及样品,但是却遭到Intel拒绝。这件事情后来直接导致Acorn决定设计自己需要的CPU,由于采用RISC架构的关系,名称就称为Acorn RISC Machine(ARM)。

    Acorn于1985年设计出了第一代处理器芯片,称为ARM1,由Sophie Wilson设计出类似于6502的指令集,因为当时Acorn为英国国家广播公司BBC所制造的BBC Micro计算机采用MOS 6502处理器,使用类似的指令集有助于缩短开发时间以及技术转移。Steve Furber则是负责设计硬件实作。ARM1以第二颗处理器的身分,安装在BBC Micro内部。

    ARM1在晶圆设计部分,规格为3微米制程、2层金属层、总计2万5千个晶体管、6MHz运作时脉、消耗功率120mW、芯片面积50mm2。当时Intel的80286使用1.5微米制程、13万4千个晶体管、6~12Mhz运作时脉,同时这2款处理器都不包含快取。

    同年10月,Intel发表80386处理器,与之相比,ARM1显得功能简单、能源消耗较少,在效能上不是80386的对手。这一差异导致ARM系列处理器往后的设计路线明显与Intel不同,Intel持续迈向x86高效能设计,ARM专注于低成本、低功耗的研发方向。
     

     

    复杂指令集计算机(CISC)


    CISC的英文全称为“Complex Instruc TIon Set Computer”,即“ 复杂指令系统计算机”,从计算机诞生以来,人们一直沿用CISC指令集方式。早期的桌面软件是按CISC设计的,并一直沿续到现在。目前,桌面计算机流行的x86体系结构即使用CISC。微处理器(CPU)厂商一直在走CISC的发展道路,包括Intel、AMD,还有其他一些现在已经更名的厂商,如 TI(德州仪器)、IBM以及VIA(威盛)等。在CISC微处理器中,程序的各条指令是按顺序串行执行的,每条指令中的各个操作也是按顺序串行执行的。顺序执行的优点是控制简单,但计算机各部分的利用率不高,执行速度慢。CISC架构的服务器主要以IA-32架构(Intel Architecture,英特尔架构)为主,而且多数为中低档服务器所采用。
      
    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)


    RISC的英文全称为“Reduced Instruc TIon Set Computer”,即“ 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,起源于80年代的MIPS主机(即RISC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。
      
    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.
     
     

    RISC的优点列举如下:

    指令长度固定,方便CPU译码,简化译码器设计。

    尽量在CPU的暂存器(最快的存储器元件)里操作,避免额外的读取与载入时间。

    由于指令长度固定,更能受益于执行线路管线化(pipeline)后所带来的效能提升。

    处理器简化,晶体管数量少,易于提升运作时脉。比起同时脉的CISC处理器,耗电量较低。

    RISC的缺点列举如下:

    复杂指令需要由许多的小指令去完成,程序变得比较大,存储器也占用比较多,这在硬盘昂贵,常常使用磁带储存的时代来说,是个大缺点。

    程序变长,代表着读取工作变得繁重,需要更多的时间将指令从存储器载入至处理器内。

    这里也提供一个小小的概念,CISC是在RISC出现之后才出现的相对名词,并不是从一开始就有CISC、RISC这2种处理器架构。
     

     
     
     

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    RISC和CISC的区别:

    处理器的指令集可简单分为2种,CISC(complex instruction set computer)以及RISC(reduced instruction set computer)。一开始的处理器都是CISC架构,随着时间演进,有越来越多的指令集加入。由于当时编译器的技术并不纯熟,程序都会直接以机器码或是汇编语言写成,为了减少程序设计师的设计时间,逐渐开发出单一指令,复杂操作的程序码,设计师只需写下简单的指令,再交由CPU去执行。但是后来有人发现,整个指令集中,只有约20%的指令常常会被使用到,约占整个程序的80%;剩余80%的指令,只占整个程序的20%。于是1979年美国加州大学柏克莱分校的David Patterson教授提出了RISC的想法,主张硬件应该专心加速常用的指令,较为复杂的指令则利用常用的指令去组合。
     

    (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。

    (4) 中断:RISC 机器在一条指令执行的适当地方可以响应中断;而CISC 机器是在一条指令执行结束后响应中断。

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

     

    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      (Macintosh(苹果电脑的统称))

    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。而RISC执行的是等长精简指令集,CPU在执行指令的时候速度较快且性能稳定。因此在并行处理方面RISC明显优于CISC,RISC可同时执行多条指令,它可将一条指令分割成若干个进程或线程,交由多个处理器同时执行。由于RISC执行的是精简指令集,所以它的制造工艺简单且成本低廉。

      从软件角度来看,CISC运行的则是我们所熟识的DOS、Windows操作系统。而且它拥有大量的应用程序。因为全世界有65%以上的软件厂商都理为基于CISC体系结构的PC及其兼容机服务的,象赫赫有名的Microsoft就是其中的一家。而RISC在此方面却显得有些势单力薄。虽然在RISC上也可运行DOS、Windows,但是需要一个翻译过程,所以运行速度要慢许多。

      目前CISC与RISC正在逐步走向融合,PenTIum Pro、Nx586、K5就是一个最明显的例子,它们的内核都是基于RISC体系结构的。他们接受CISC指令后将其分解分类成RISC指令以便在遇一时间内能够执行多条指令。由此可见,下一代的CPU将融合CISC与RISC两种技术,从软件与硬件方面看二者会取长补短。

     
     
     
     
     
     
    参考:
    书籍《树莓派开始,玩转Linux》
     
     
     
     
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  • #Cisc181-In-The-Dark ####Summary:这个游戏是一个随机生成的迷宫游戏。 游戏的目标是尽快解决每个迷宫。 在正常游戏模式下,玩家有 10 分钟的时间来完成尽可能多的迷宫。 每个迷宫每次都是随机生成的,玩家很可能...
  • RISC和CISC的区别

    千次阅读 2019-09-24 18:05:42
    RISC(精简指令集计算机)和CISC(复杂指令集计算机)是当前CPU的两种架构。它们的区别在于不同的CPU设计理念和方法。


    RISC(精简指令集计算机)和CISC(复杂指令集计算机)是当前CPU的两种架构。它们的区别在于不同的CPU设计理念和方法。

    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。而RISC执行的是等长精简指令集,CPU在执行指令的时候速度较快且性能稳定。因此在并行处理方面RISC明显优于CISC,RISC可同时执行多条指令,它可将一条指令分割成若干个进程或线程,交由多个处理器同时执行。由于RISC执行的是精简指令集,所以它的制造工艺简单且成本低廉。
    • 从软件角度来看,CISC运行的则是我们所熟识的DOS、Windows操作系统。而且它拥有大量的应用程序。因为全世界有65%以上的软件厂商都理为基于CISC体系结构的PC及其兼容机服务的,象赫赫有名的Microsoft就是其中的一家。而RISC在此方面却显得有些势单力薄。虽然在RISC上也可运行DOS、Windows,但是需要一个翻译过程,所以运行速度要慢许多。
    • 目前CISC与RISC正在逐步走向融合,Pentium Pro、Nx586、K5就是一个最明显的例子,它们的内核都是基于RISC体系结构的。他们接受CISC指令后将其分解分类成RISC指令以便在遇一时间内能够执行多条指令。由此可见,下一代的CPU将融合CISC与RISC两种技术,从软件与硬件方面看二者会取长补短。
    • 复杂指令集CPU内部为将较复杂的指令译码,也就是指令较长,分成几个微指令去执行,正是如此开发程序比较容易(指令多的缘故),但是由于指令复杂,执行工作效率较差,处理数据速度较慢,PC 中 Pentium的结构都为CISC CPU。
    • RISC是精简指令集CPU,指令位数较短,内部还有快速处理指令的电路,使得指令的译码与数据的处理较快,所以执行效率比CISC高,不过,必须经过编译程序的处理,才能发挥它的效率,我所知道的IBM的 Power PC为RISC CPU的结构,CISCO 的CPU也是RISC的结构。
    • 咱们经常见到的PC中的CPU,Pentium-Pro(P6)、Pentium-II,Cyrix的M1、M2、AMD的K5、K6实际上是改进了的CISC,也可以说是结合了CISC和RISC的部分优点。
    • RISC与CISC的主要特征对比
      比较内容 CISC RISC
      指令系统 复杂,庞大 简单,精简
      指令数目 一般大于200 一般小于100
      指令格式 一般大于4 一般小于4
      寻址方式 一般大于4 一般小于4
      指令字长 不固定 等长
      可访存指令 不加限制 只有LOAD/STORE指令
      各种指令使用频率 相差很大 相差不大
      各种指令执行时间 相差很大 绝大多数在一个周期内完成
      优化编译实现 很难 较容易
      程序源代码长度 较短 较长
      控制器实现方式 绝大多数为微程序控制 绝大多数为硬布线控制
      软件系统开发时间 较短 较长

    参考文章

    risc指令集是什么
    百度百科
    维基百科

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  • cisc 和 risc RISC和CISC处理器 (RISC and CISC Processors) In this tutorial, we will learn about RISC Processor and CISC Processor and difference between them. 在本教程中,我们将学习RISC处理器和CISC...
  • CISC和RISC的特点和区别

    千次阅读 2021-04-14 12:41:43
    CISC和RISC的特点和区别简介特点1、指令系统2、存储器操作3、程序4、中断5、CPU6、设计周期7、用户使用8、应用范围 简介 CISC的英文全称为“Complex Instruction Set Computer”,即“复杂指令系统计算机”,从...

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