RISC

概述

　　由于軟件技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的CISC結(jié)構(gòu)必然隨著越來越多的宏代碼和功能更強(qiáng)的操作發(fā)展，以便為高級(jí)語言和操作系統(tǒng)提供更多的支持。其結(jié)果是指令數(shù)量增加，要求一條指令中完成的操作更多，從而計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)變得越來越復(fù)雜。但是，在對(duì)系統(tǒng)內(nèi)核和優(yōu)化編譯程序生成目標(biāo)代碼的分析中發(fā)現(xiàn)，由于微碼很少提供支持各種高級(jí)語言和系統(tǒng)環(huán)境所需的程序，因此復(fù)雜指令很少用到。而最簡單的指令卻達(dá)到了很高的使用頻度。由此而產(chǎn)生了RISC的概念。

簡介

　　精簡指令集，是計(jì)算機(jī)中央處理器的一種設(shè)計(jì)模式，也被稱為RISC(Reduced Instruction Set Computer的縮寫)。這種設(shè)計(jì)思路對(duì)指令數(shù)目和尋址方式都做了精簡，使其實(shí)現(xiàn)更容易，指令并行執(zhí)行程度更好，編譯器的效率更高。常用的精簡指令集微處理器包括DECAlpha、ARC、ARM、AVR、MIPS、PA-RISC、PowerArchitecture(包括PowerPC)和SPARC等。

對(duì)比CISC

　　RISC和CISC是設(shè)計(jì)制造微處理器的兩種典型技術(shù)，雖然它們都是試圖在體系結(jié)構(gòu)、操作運(yùn)行、軟件硬件、編譯時(shí)間和運(yùn)行時(shí)間等諸多因素中做出某種平衡，以求達(dá)到高效的目的，但采用的方法不同，因此，在很多方面差異很大，它們主要有：

　?。?）指令系統(tǒng)：RISC設(shè)計(jì)者把主要精力放在那些經(jīng)常使用的指令上，盡量使它們具有簡單高效。對(duì)不常用的功能，常通過組合指令來完成。因此，在RISC機(jī)器上實(shí)現(xiàn)特殊功能時(shí)，效率可能較低。但可以利用流水技術(shù)和超標(biāo)量技術(shù)加以改進(jìn)和彌補(bǔ)。而CISC計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)比較豐富，有專用指令來完成特定的功能。因此，處理特殊任務(wù)效率較高。

　?。?）存儲(chǔ)器操作：RISC對(duì)存儲(chǔ)器操作有限制，使控制簡單化；而CISC機(jī)器的存儲(chǔ)器操作指令多，操作直接。

　?。?）程序：RISC匯編語言程序一般需要較大的內(nèi)存空間，實(shí)現(xiàn)特殊功能時(shí)程序復(fù)雜，不易設(shè)計(jì)；而CISC匯編語言程序編程相對(duì)簡單，科學(xué)計(jì)算及復(fù)雜操作的程序設(shè)計(jì)相對(duì)容易，效率較高。

　　（4）中斷：RISC機(jī)器在一條指令執(zhí)行的適當(dāng)?shù)胤娇梢皂憫?yīng)中斷，但是相比CISC指令執(zhí)行的時(shí)間短，所以中斷響應(yīng)及時(shí)；而CISC機(jī)器是在一條指令執(zhí)行結(jié)束后響應(yīng)中斷。

　　（5）CPU：RISC CPU包含有較少的單元電路，因而面積小、功耗低；而CISCCPU包含有豐富的電路單元，因而功能強(qiáng)、面積大、功耗大。

　　（6）設(shè)計(jì)周期：RISC微處理器結(jié)構(gòu)簡單，布局緊湊，設(shè)計(jì)周期短，且易于采用最新技術(shù)；CISC微處理器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)周期長。

　　（7）用戶使用：RISC微處理器結(jié)構(gòu)簡單，指令規(guī)整，性能容易把握，易學(xué)易用；CISC微處理器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能強(qiáng)大，實(shí)現(xiàn)特殊功能容易。

　?。?）應(yīng)用范圍：由于RISC指令系統(tǒng)的確定與特定的應(yīng)用領(lǐng)域有關(guān)，故RISC機(jī)器更適合于專用機(jī)；而CISC機(jī)器則更適合于通用機(jī)。

特點(diǎn)

　　究竟應(yīng)怎樣來認(rèn)識(shí)RISC呢？應(yīng)該說，時(shí)至而今的RISC不是一個(gè)具體的系統(tǒng)，也不是一種具體的技術(shù)，它是一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)范。

　　所謂RISC計(jì)算機(jī)，應(yīng)具有這樣一個(gè)指令系統(tǒng)，它既能由流水線處理器高效地執(zhí)行，又能為優(yōu)化編譯程序生成優(yōu)化的代碼。

　　這種開放式的定義綜合了RISC設(shè)計(jì)的基本要求和原理，在這個(gè)定義下的RISC機(jī)器通常具有以下特點(diǎn)：

　　●指令集中各條指令的周期數(shù)一致。以便指令流水線的管理簡單，高效。

　　●指令編碼簡單一致。

　　●大部分指令能在一個(gè)周期內(nèi)完成。

　　●只由Load和Store指令訪問存儲(chǔ)器。

　　●尋址方式簡單。

　　●延遲的裝入指令。

　　●延遲的分支指令。

　　●三地址指令格式。

　　●寄存器數(shù)量多。

　　●具有對(duì)稱指令集。

　　應(yīng)該注意的是，這些特點(diǎn)都沒有排除執(zhí)行復(fù)雜功能的指令。例如在很多RISC中都提供了浮點(diǎn)運(yùn)算指令。但只有在用硬件實(shí)現(xiàn)比用一組簡單指令更快時(shí)，RISC才考慮包括這種復(fù)雜功能指令。所謂“精簡”并不是要求把指令集縮減到某最低限，而應(yīng)以滿足性能要求為前提。