从零开始的RISCV架构CPU设计（2）-CISC与RISC

最新推荐文章于 2025-09-07 15:14:09 发布

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#fpga开发 #硬件工程 #硬件架构 #嵌入式硬件 #架构

本文探讨了CISC与RISC指令集架构的区别，重点介绍了RISC-V的简洁特性，包括其指令长度、访存寻址、编译器优化和开源优势。RISC-V通过实例展示了如何通过单一指令实现多功能，以及其在设计上的灵活性与硬件效率的提升。

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上一节：从零开始的RISCV架构CPU设计（1）-CPU开源资料说明

前言

从指令集架构的角度来看，现在流行的两种指令集架构为复杂指令集（Complex Instruction Set Computer）即CISC以及精简指令集（Reduced Instruction Set Computer,）即RISC。
在CPU发展早期，CISC作为主流，凭借其灵活、指令集易拓展等优点，占据了CPU领域的半边江山，但随着其不断发展，指令集不断壮大，CISC的缺点也越来越多。针对其缺点，在20世纪80年代，无病一身轻的CPU界新星RISC架构便诞生了。

一、什么是CISC

CISC（Complex Instruction Set Computer）指令集是由Intel公司推出的，Intel 8086处理器为最典型的代表；
CISC的指令系统十分庞大，一般CISC架构CPU包含的指令可达300条以上，其中除了处理器常用的指令外，还包含了许多的不常用指令，一方面这使得CPU在进行相关的软件设计时更加简单灵活，功能也可更加强大，比如我们如今所熟悉的Windows系统就是在以CISC架构的CPU上运行的；但另一方面来看，实际上在CPU运行程序时，仅使用了指令集中的20%，其余80%的指令集虽已设计，但却很少用到。
一方面，这会导致硬件利用效率不高，计算机的高性能往往通过增加硬件复杂度，压榨硬件性能所得到的，如今设计了这么多的指令，但真正常用的指令仅20%，这些很少用到的指令，增加了CPU设计的难度和开发时间，也大大增加了硬件设计的面积。
另一方面，这也对开发者造成困扰。经过几十年的发展，CISC架构的CPU文档篇幅可以多大几千页，难以想象这么多的文档打印出来可以垒到一个桌子这么高。