【系统架构设计师】计算机组成与体系结构 ⑬ ( 计算机指令集架构 | CISC 与 RISC | 复杂指令集架构 - CISC | 精简指令集架构 - RISC )

CISC 与 RISC 软考考点 就是 指令集 特点的对比 , 如 指令数量 , 寻址方式 , 实现方式 , 指令格式 等 ;

一、计算机指令集架构

1、计算机指令集架构 - 概念

计算机指令集架构 ( ISA , Instruction Set Architecture ) 定义了 计算机 如何 执行 和 操作 指令 , 计算机 可 执行的 所有指令的集合 ;

每条 计算机 指令 都要有对应的 指令功能 / 指令格式 / 操作数的类型 / 操作数存放地址空间 ;

在计算机中 , 可以使用多条指令 , 实现一个复杂的功能 ;

计算机指令集架构 定义了如下方面的规则 :

• 操作数类型
• 指令集
• 寄存器
• 寻址模式
• 存储体系
• 中断处理
• 异常处理
• 外部 I/O 处理

根据指令系统的复杂程度 , 指令集架构可以分为两大类 :

• 复杂指令集计算机 Complex Instruction Set Computer , 又称为 复杂指令集架构 ;
• 精简指令集计算机 Reduced Instruction Set Computer , 又称为 精简指令集架构 ;

复杂指令集架构 CISC 和 精简指令集架构 RISC 的 上述规则 是不同的 ;

• 如 : x86 ( 复杂指令集架构 CISC ) 和 arm ( 精简指令集架构 RISC ) 架构 的 CPU 的 上述规则 是 不同的 ;

2、复杂指令集架构 - CISC

复杂指令集架构 CISC , 英文全称 " Complex Instruction Set Computer " , 指令数量多、格式多样、长度不一、功能强大 ;

CISC 通过 微程序控制 技术实现 ; 微程序 又称为 微码 , 是 程序员 用 伪指令 编写的程序 ; 程序员 通过 微程序 解读 复杂指令 , 然后由 硬件 执行 ;

复杂指令集架构 有如下特征 :

• 指令数多 : 指令系统复杂庞大 , 通常包含100～250条指令 ;
• 执行效率 : 指令的执行效率比较高 , 可以用较少的指令周期完成较复杂的任务 , 提高CPU利用率 ;
• 格式复杂 : 指令长度不固定 , 指令格式不同 ;
• 使用频率 : 指令的使用频率 不同 , 只有 20% 的指令被频繁使用 , 大部分指令 很少使用 ;
• 寻址方式 : 支持多种寻址方式 , 5～20 种 ;
• 操作内存 : 可直接操作内存 ;

3、精简指令集架构 - RISC

精简指令集架构 RISC , 英文全称 " Reduced Instruction Set Computer " , 其核心在于 减少指令种类和简化指令功能 , 以提高指令的执行速度 , 指令数量少、格式类型少、长度固定 ;

RISC 通过 增加 通用寄存器 个数 , 硬布线逻辑控制 , 采用流水线 方式实现 ;

精简指令集架构 有如下特征 :

• 指令精简 : 每条指令通常只完成一个基本操作 , 如 : 加载操作、存储操作、运算操作 ;
• 长度固定 : 所有指令长度固定 , 指令格式种类少 , 寻址方式种类少 ;
• 寄存器多 : CPU 中通用寄存器数量很多 ;