RISC结构与CISC结构的区别与比较.doc

RISC与CISC结构的区别与比较 摘要：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。本文主要论述二者的区别并在一些方面对这两种结构进行了比较。 关键词：RISC结构 CISC结构 区别 比较 正文： RISC结构 1.1RISC结构的出现与发展 在20世纪90年代前CISC结构被广泛的使用，其特点是通过存放在只读存储器中的微码（microcode）来控制整个处理器的运行。一条指令往往可以完成一串运算的动作，但却需要多个时钟周期来执行。随着需求的不断增加，设计的指令集越来越多，为支持这些新增的指令，计算机的体系结构会越来越复杂。然而，在CISC指令集的各种指令中，其使用频率却相差悬殊，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%，显然，这种结构是不太合理的。为改变这种状况，1980年Patterson和Ditzel 两位学者完成了一篇题为《精简指令集计算机概述》的开创性论文，全面提出了精简指令集的设计思想，随后，柏克来大学的研究生依照此理论基础，设计出了第一颗精简指令集处理器RISC I，这颗处理器远比当时已经相当流行的CISC处理器简单的多，在设计上所花费的功夫也降低许多，但整体功能上的表现却与CISC处理器不相上下。从此处理器设计方向便分别向着这两个大的方向发展。实际上1980年以来，所有新的处理器体系结构都或多或少地采用了RISC的概念，甚至有些典型的CISC处理机中也采用了些RISC设计思想，比如Intel公司的80486、Pentium系列等。而RISC思想最成功也是第一个商业化的实例就是ARM，当然，它也放弃了一些RISC特征而保留了一些CISC特征。 1.2RISC结构的特点 1.RISC把微处理器能执行的指令数目减少到最低限度,以提高处理速度。RISC处理器比同等的CISC(复杂指令集计算机)处理器要快50%～ 75%,且RISC处理器容易设计和纠错。 · 2.RISC微处理器有更多的通用寄存器。写快速代码的最好方法是尽量增大执行芯片上操作的数目并尽量减少对内存中存储数据的访问。寄存器越多,就使得这个目标更易达到。访问寄存器几乎是瞬间就能完成的,而访问内存则需花费一些时间。Pentium仅有8个通用寄存器,而Powerpc芯片则有32个。 · 3.RISC微处理器采用调入存储体系结构。对内存中的数据进行操作的CPU指令—如,整数add指令,把x加到y上,其中,y是存储在内存中的一个值—是最费时钟周期的。另外,这些指令的实现也需要数目不合乎比例的晶体管。RISC的设计最大程度地减少访问内存的指令数量,而选用一种调人存储体系结构,这种结构要求先将y调人寄存器中,然后加x,最后“存储”回内存中去。 · 4.RISC微处理器采用统一的指令长度。在pentium上,一条指令的长度可以从1字节到7字节不等(如果是在16位段上运行32位代码,则最大指令长度会超过7)。而RISC的设计人 员却喜欢让所有的指令等长—通常是32位。这样可以简化取指令和译码的逻辑电路,并且还意味着全部指令可被限制在32位的内存中访问。 · 5.RISC微处理器强调浮点功能。传统上,RISC机器主要用于科技界,相应的应用程序比起单纯的字处理软件或是电子表格来说需做更多的浮点运算。所以,RISC微处理器几乎总是带有内置式的高性能浮点运算部件。只是最近Intel的全系列pentium芯片包含了一个数学协处理器,并且整数运算仍被认为是pentium的强项。 2.CISC结构 2.1CISC结构的出现与发展 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。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。 RISC结构与CISC结构的比较 与CISC相比较,RISC有三大优势: a)基于RISC体系结构设计的处理器管芯面积小。处理器的简单使得需要的晶体管减少和实现的硅片面积减小,节省了更大面积可集成更多的功能部件,并且也使以RISC CPU为核心的SoC(片上系统)上实现一个应用系统的基本功能成为可能。 b)开发时间短,开发成本低。处理器组织、结