精简指令集计算机

精简指令集计算机计算机科学与技术术语01计算机介绍RISC的特点缺点分类优点发展前景目录0305020406基本信息精简指令集计算机(RISC:ReducedInstructionSetComputerRISC)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。纽约约克镇IBM研究中心的JohnCocke证明，计算机中约20%的指令承担了80%的工作，于1974年，他提出RISC的概念。许多当前的微芯片都使用RISC概念。计算机介绍计算机介绍精简指令集计算机（RISC:ReducedInstructionSetComputer）

是一种指令长度较短的计算机，其运行速度比CISC要快。RISC和CISC是CPU从指令集的特点上可以分为两类：CISC和RISC。RISC是英文ReducedInstructionSetComputer的缩写

，就是“精简指令运算集”，CISC就是“复杂指令运算集”。RISC的指令系统相对简单，它只要求硬件执行很有限且最常用的那部分指令，大部分复杂的操作则使用成熟的编译技术，由简单指令合成。目前在中高档服务器中普遍采用这一指令系统的CPU，特别是高档服务器全都采用RISC指令系统的CPU。在中高档服务器中采用RISC指令的CPU主要有Compaq（康柏，即新惠普）公司的Alpha、HP公司的PA-RISC、IBM公司的PowerPC、MIPS公司的MIPS和SUN公司的Sparc。RISC是相对于复杂指令集计算机（CISC）而言的。所谓复杂指令集计算机是依靠增加机器的硬件结构来满足对计算机日益增加的性能要求。计算机结构的发展一直是被复杂性越来越高的处理机垄断着，为了减少计算机操作与高级语言的差别，为了改善机器的运行特性，机器指令越来越多，指令系统也越来越复杂。特别是早期的较高速度的CPU和较慢速度的存储器间的矛盾，为了尽量减少存取数据的次数，提高机器的速度，大大发展了复杂指令集，但随着半导体工艺技术的发展，存储器的速度不断提高，特别是高速缓冲的使用，使计算机体系结构发生了根本性的变化，硬件工艺技术提高的同时，软件方面也发生了同等重要的进展，出现了优化编译程序，使程序的执行时间尽可能减少。分类分类采用多级指令流水线结构采用流水线技术可使每一时刻都有多条指令重叠执行，以减小CPI的值，使CPU不浪费空周期。实例：PentiumⅡ/Pro/Celeron可同时发出执行五条指令，AMD－K6/K6－2可同时发出六条指令。机器中使用频率高的简单指令及部分复杂指令这样可减小时钟周期数量，提高CPU速度，其实质是减小CPI下的值实现。实例：选取运算指令、加载、存储指令和转移指令作主指令集。采用加载(Load)、存储(Store)结构只允许Load和Store指令执行存储器操作，其余指令均对寄存器操作。实例：Amd－K6/K6－2、PⅡ/Celeron/Pro均支持对寄存器的直接操作和重新命名，并大大增加通用寄存器的数量。延迟加载指令和转移指令由于数据从存储器到寄存器存在二者速度差、转移指令要进行入口的计算，这使CPU执行速度大大受限，因此，RISC技术为保证流水线高速运行，在它们之间允许加一条不相关的可立即执行的指令，以提高速度。RISC的特点RISC的特点RISC的特点是指令及其格式精少，操作和控制简捷。具体有下列几个方面

。精简指令集RISC结构采用精简的，长短划一的指令集，使大多数的操作获得了尽可能高的效率。某些在传统结构中要用多周期指令实现的操作，在RISC结构中，通过机器语言编程，就代之以多条单周期指令了。精简的指令集大大改善了处理器的性能，并推动了RISC的设计。对于到底精简到什么程度的问题，没有一定的回答。将现有RISC系统与CISC系统作一对比，便可见大概。通常，对RISC而言：处理关于扩充指令集的建议是非常慎重的，要经过认真的权衡，验证，在看它们是否真正提高计算机的性能。例如，MIPS采用了一条规则：增加一条指令必须使性能在一定的应用范围内得到1%的增益，否则这条指令将被拒绝。指令时钟周期，指令长度相等如果每一条指令要执行的任务既简单又明了，则执行每一条指令所的时间可以被压缩周期数也可减少。RISC的设计目标是实现一个机器周期执行一条指令，使得系统操作更加有效。接近这个目标的技术包括指令流水线及特定的装/存结构等。典型的指令可包括取指、译码、执行和存装果等阶段。单周期指可通过让所有指令为标准长短来实现。标准指令长短应与计算机系统的基本字长相等，通常与系统中数据线数相等。优点优点RISC在保持成本降低的同时能很好地提高速度。适用VLSI(VERYLARGESCALEINTEGRATION)工艺。由于RISC指令集清简，使之只需相对小而简单控制单元的译码和硬件执行子系统。这导致在用VLSI实现计算机系统时的下列结果：速度高。缺点缺点RISC有其自身的缺点。编译后指令长度较长，内存需要较大RISC的缺点与其一些优点直接有关。因为RISC拥有的指令数少，有些在CISC中仅由一条指令完成的功能，在RISC中需二、三条甚至更多条指令，这使RISC代码较长，因而RISC的程序需要更多的内存，内存与CPU间的指令冲突也会增加。研究表明，平均而言，执行同样的功能，一个RISC程序比一个CISC程序长30%。同时，RISC对编译器要求较高，优化编译器的设计是一项极复要且技术要求很高的工作，它又必须由RISC机制造单位自身编制，因为没有RISC详细原始资料不可能产生编译程序的目标代码。这样，第三方公司提供新版本较困难，用户选择余地较小，软件费用增加了。大寄存器组使寻址复杂，速度降低RISC系统的一个有争议的特点是其大寄存器组。大寄存器组有前述优点，但另一方面，也有缺点，大寄存器使寻址时间增多，另个，一些编译器使小寄存器组的使用更为有效。CPU寄存器组到底应多大还有待讨论，大寄存器U组还可由高速缓存(CACHE)代替。发展前景发展前景鉴于RISC的设计特点以及其无可比拟的优点，RISC体系结构处理器的发展方向：一是增加处理器的并行性；二是扩展支持可伸缩并行计算机系统的功能；三是提高工艺水平。最终RISC与DSP在嵌入式应用中完美融合，密不可分。RISC微处理器不仅精简了指令系统，采用超标量和超流水线结构；它们的指令数目只有几十条，却大大增强了并行处理