计算机组成原理——CISC与RISC

4.4 CISC和RISC的基本概念

1. CISC

• CISC (Complex Instructions Set Computer) ，即复杂指令集计算机。
• 特点：
  • 指令系统复杂，指令条数多，寻址方式多，指令格式多而复杂，指令长度可变，操作码长度可变。
  • 指令周期长，绝大多数指令需要多个时钟周期才能完成。
  • 相关指令会产生显式的条件码，存放在专门的标志寄存器中，可用于条件转移和条件传送等指令。
  • 指令周期差距大。各种指令都能访问存储器，有些指令还需要多次访问存储器，使得简单指令和复杂指令所用的时钟周期数相差很大，不利于指令流水线的实现。
  • 难以进行编译优化。由于编译器可选指令序列增多，使得目标代码组合增加，从而增加了目标代码优化的难度。
  • 无法使用硬布线控制器，只能使用慢速的微程序控制器

2. RISC

• RISC (Reduced Instructions Set Computer) ，即精简指令集计算机。
• 特点：
  • 指令数目少，只包含使用频度高的简单指令。
  • 指令格式规整。寻址方式少，指令格式少，指令长度一致，指令中操作码和寄存器编号等位置固定，便于取指令、指令译码以及提前读取寄存器中操作数等。
  • 采用load/store型指令设计风格，一条指令的执行阶段最多只有一次存储器访问操作。
  • 采用流水线方式执行指令，除load/store指令外，其他指令都只需要一个或小于一个时钟周期即可完成，指令周期短。
• 采用大量通用寄存器。编译器可将更多的局部变量分配到寄存器中，并且在过程调用时通过寄存器进行参数传递而不是通过栈进行传递，以减少访存次数。
• 采用硬布线控制器，可以不用或少用微程序控制器。

指令集	CISC	RISC
指令特点	丰富且复杂	精简且高效
指令数目	多	少
指令字长	变长	定长
可访存指令	不限制	仅Load/Store指令
通用寄存器数量	少	多
控制方式	微程序	组合逻辑
流水线	可以实现	必须实现
指令执行时间	相差较大	绝大多数在一个时钟周期内完成