RISC和CISC的关系

CISC指令的特点是指令数量多,功能丰富,但造成的结果就是指令长度不同,执行指令需要的时间也就不同,比如在8086指令中的MOV指令,当操作数不同时,指令长度不同,执行的时间也不同,比如MOV AX,BX需要的时间为2个周期;而MOV BX,12H需要4个周期;MOV [2000H],AX需要10个周期……这样的结果就是只有当前的指令执行之后才能执行下一条指令,执行一段程序需要的时间就很长了。

而RISC指令最大的特点就是“整齐”,即执行时间大部分都相同,指令的长度也大部分相同,因此在一定时间内能执行最多的指令。并且有流水线的原理,在第一条指令被执行的时候第二条指令已经进入CPU就绪了,这样在时间上的“重叠”也加快了RISC指令的执行速度。

因此,RISC和CISC的区别在于指令的长度L和执行时间T上的不同,前者的T和L都比较单一,所以适合与批量和流水线方式的执行(就像工厂生产汽车一样);而后者的T和L长短不一,所以在执行时只能“排队”而不能“蜂拥而入”。所以在执行单位时间执行指令时RISC比CISC能执行更多的指令。

虽然RISC比CISC快,但这是有取舍的:RISC的寻址方式少,没有复杂功能指令(如没有除法指令)。而CISC的寻址方式多样,有复杂功能指令(如有除法指令)。因为除法指令消耗的时间很长,不适合与流水线方式处理,所以在RISC指令中没有除法类指令,乘法都是通过硬件乘法器完成的——可以比较51单片机和AVR单片机,前者是CISC构架,后者是RISC构架;前者有乘法和除法指令,都需要4个周期才能完成,后者只有乘法指令,但通过硬件执行只需要2个周期。但RISC可以通过多条指令的组合来完成CISC一条指令的功能,虽然可能需要更多的时间,但是在实际运行一个功能相同的程序时(如使用C语言编写),RISC生产的机器代码会比CISC有高的多的执行效率,所以说RISC比CISC快!比如在单片机上使用C语言实现相同的功能,在工作频率相同时,AVR会比51快28倍。

现在的奔腾系列CPU使用了RISC和CISC构架相结合的办法,即保留了CISC的指令的多样性,又有RISC的流水线执行方式的高速。而在早期的X86处理器(486之前)都是CISC指令系统。以P4 Prescott核心为例,前端总线为64位(八个字节),只要指令的长度小于8个字节的指令都可以一次读入CPU,这样就节省了时间(P3和之前的CPU至少要分两次把指令读入);CPU核心使用31级流水线,不管指令执行时间有多长,都在31个周期内完成,这样执行31条指令平均时间为为1周期……因此P4 Prescott可以以3GHz以上的速度执行指令,但在这只是为了抵消长流水线的缺点。如果真的纯RISC构架的CPU,那就是IBM的PowerPC处理器。

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。 

早期的CPU全部是CISC架构,它的设计目的是要用最少的机器语言指令来完成所需的计算任务。比如对于乘法运算,在CISC架构的CPU上,您可能需要这样一条指令:MUL ADDRA, ADDRB就可以将ADDRA和ADDRB中的数相乘并将结果储存在ADDRA中。将ADDRA, ADDRB中的数据读入寄存器,相乘和将结果写回内存的操作全部依赖于CPU中设计的逻辑来实现。这种架构会增加CPU结构的复杂性和对CPU工艺的要求,但对于编译器的开发十分有利。比如上面的例子,C程序中的a*=b就可以直接编译为一条乘法指令。今天只有Intel及其兼容CPU还在使用CISC架构。 

RISC架构要求软件来指定各个操作步骤。上面的例子如果要在RISC架构上实现,将ADDRA, ADDRB中的数据读入寄存器,相乘和将结果写回内存的操作都必须由软件来实现,比如:MOV A, ADDRA; MOV B, ADDRB; MUL A, B; STR ADDRA, A。这种架构可以降低CPU的复杂性以及允许在同样的工艺水平下生产出功能更强大的CPU,但对于编译器的设计有更高的要求。 





<think>嗯,用户现在问的是RISCCISC的区别,需要详细介绍一下。之前他们问过补码转换的问题,可能是在学习计算机组成或体系结构相关的课程。所以现在这个问题应该也是同一领域的内容。 首先,我得回想一下RISCCISC的基本概念。RISC是精简指令集,而CISC是复杂指令集。要解释两者的主要区别,比如指令集的数量、指令长度、执行时间、硬件复杂度等。可能需要比较它们的优缺点,以及各自的应用场景。 用户可能需要了解为什么会有这两种不同的架构,以及它们各自的优势在哪里。比如,RISC因为指令简单,通常执行速度快,适合流水线处理;而CISC指令复杂,可以减少程序代码量,但硬件设计更复杂。 还需要举一些实际的例子,比如哪些处理器属于RISC(如ARM、MIPS),哪些属于CISC(如x86)。同时,现代处理器中的融合趋势,比如x86内部使用微操作,结合了RISC的优点,这也是一个重要的点。 要注意结构清晰,分点说明,这样用户容易理解。可能需要分成定义、特点对比、优缺点、应用场景等部分。另外,确保使用中文,避免专业术语过多,必要时解释清楚。 检查一下是否有遗漏的关键点,比如RISC的固定指令长度CISC的可变长度,对编译器硬件设计的影响,功耗方面的差异,以及当前的发展趋势。这些都是用户可能感兴趣的内容。 最后,总结两者的区别各自的适用场景,帮助用户形成整体的理解。确保回答准确,没有技术错误,比如指令执行周期、流水线效率等细节是否正确。如果有不确定的地方,可能需要查阅资料确认,但根据已有的知识,应该能覆盖主要内容。</think>### **RISC(精简指令集计算机)与CISC(复杂指令集计算机)对比** #### **1. 定义与核心思想** - **RISC(Reduced Instruction Set Computer)** 核心思想是通过简化指令集,每条指令功能单一、执行时间短,硬件设计更简单。指令长度固定,强调通过组合简单指令完成复杂任务。 **典型代表**:ARM、MIPS、RISC-V。 - **CISC(Complex Instruction Set Computer)** 核心思想是提供丰富的复杂指令,单条指令可完成多步操作(如内存访问、计算、控制),指令长度可变,硬件设计更复杂。 **典型代表**:x86(Intel/AMD)、早期的IBM System/360。 --- #### **2. 主要特点对比** | **特征** | **RISC** | **CISC** | |---------------------|---------------------------------------|---------------------------------------| | **指令数量** | 较少(约100条以下) | 较多(数百条) | | **指令长度** | 固定长度(如32位) | 可变长度(1-15字节不等) | | **执行周期** | 单周期执行(流水线优化) | 多周期执行(复杂指令需多步骤) | | **硬件复杂度** | 简单(依赖编译器优化) | 复杂(硬件直接支持复杂操作) | | **寄存器数量** | 较多(减少内存访问) | 较少(依赖内存操作) | | **代码密度** | 较低(需更多指令完成相同任务) | 较高(单指令功能强大) | | **功耗** | 通常更低(适合移动设备) | 通常更高(复杂硬件逻辑) | --- #### **3. 优缺点分析** - **RISC优势**: - 流水线效率高,指令并行性更好。 - 硬件设计简单,易于优化验证。 - 低功耗,适合嵌入式系统、移动设备(如手机、IoT)。 - **RISC劣势**: - 复杂任务需多条指令组合,代码体积较大。 - 依赖编译器优化(需高效编译器支持)。 - **CISC优势**: - 单指令功能强大,代码密度高。 - 直接支持复杂操作(如内存到内存运算)。 - 向后兼容性好(x86长期主导PC市场)。 - **CISC劣势**: - 硬件复杂度高,设计成本大。 - 多周期指令影响流水线效率。 --- #### **4. 现代架构的融合趋势** - **RISCCISC的界限模糊**: 现代CISC处理器(如x86)内部将复杂指令拆分为类似RISC的微操作(micro-ops),提升流水线效率。 例如:Intel处理器前端将x86指令解码为RISC风格微操作,后端执行优化。 - **RISC的崛起**: ARM架构(RISC)凭借低功耗优势,主导移动设备市场(如智能手机、平板),并逐渐进入服务器PC领域(Apple M系列芯片)。 --- #### **5. 典型应用场景** - **RISC**: - 移动设备(ARM)、嵌入式系统(路由器、传感器)。 - 高性能计算(RISC-V在AI芯片中的应用)。 - **CISC**: - 个人计算机、服务器(x86架构)。 - 历史遗留系统(需兼容旧软件)。 --- ### **总结** RISCCISC本质是“硬件复杂度”与“编译器/软件复杂度”的权衡: - **RISC**:硬件简单,依赖编译器优化。 - **CISC**:硬件复杂,简化编程但牺牲效率。 现代架构通过混合设计(如x86的微操作)结合两者优势,而RISC在能效比上的优势使其成为新兴领域(如AI、边缘计算)的主流选择。
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