RISC和CISC

操作码操作码：指令系统的每一条指令都有一个操作码，它表示该指令应进行什么性质的操作。

不同的指令用操作码这个字段的不同编码来表示，每一种编码代表一种指令。

组成操作码字段的位数一般取决于计算机指令系统的规模。

"操作码" 英文对照new; operation code; function code; operating code;"操作码" 在工具书中的解释1、计算机程序中所规定的要执行操作的那一部分指令*或字段(通常用代码表示)。

"操作码" 在学术文献中的解释1、其中,操作码就是指令码,占一个字节的长度,一个字节码可以有多少操作数.目前,Java虚拟机规范中定义了220个字节码指令2、第二,技术性符号也是通过0和1来定义的,例如,操作码+的定义是01100001,等等.由此可以看出,B中只有两个初始符号0和13、操作码其实就是指令序列号,用来告诉CPU需要执行哪一条指令.地址码则复杂一些,主要包括源操作数地址、目的操作数地址.在某些指令中,地址码可以部分或全部省略,比如一条空指令就只有操作码而没有地址码4、操作码是指令操作功能的记述,而操作数描述操作的对象和操作的范围.PIC16F873共有35条指令,均是长度为14位的单字节指令5、因此权限控制在业务接口上进行,按管理功能点划分管理操作权限,将每一个管理功能点划分为一个操作,用一个全局唯一的整数表示,称为操作码6、至于其余各计数译码器因相应的按钮未被按故其输出皆为YO＝“回”上述操作可按照被按按钮的编号及被接的顺序和次数简写成1328“称为操作码RISC简介RISC（reduced instruction setcomputer，精简指令集计算机）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。

第一台得益于这个发现的电脑是1980年IBM的PC/XT。

再后来，IBM的RISCSystem/6000也使用了这个思想。

RISC这个词本身属于伯克利加利福尼亚大学的一个教师DavidPatterson。

RISC这个概念还被用在Sun公司的SPARC微处理器中，并促成了现在所谓的MIPS技术的建立，它是SiliconGraphics的一部分。

许多当前的微芯片现在都使用RISC概念。

RISC概念已经引领了微处理器设计的一个更深层次的思索。

设计中必须考虑到：指令应该如何较好的映射到微处理器的时钟速度上（理想情况下，一条指令应在一个时钟周期内执行完）；体系结构需要多“简单”；以及在不诉诸于软件的帮助下，微芯片本身能做多少工作等等。

特点：除了性能的改进，RISC的一些优点以及相关的设计改进还有：@如果一个新的微处理器其目标之一是不那么复杂，那么其开发与测试将会更快。

@使用微处理器指令的操作系统及应用程序的程序员将会发现，使用更小的指令集使得代码开发变得更加容易。

@RISC的简单使得在选择如何使用微处理器上的空间时拥有更多的自由。

@比起从前，高级语言编译器能产生更有效的代码，因为编译器使用RISC机器上的更小的指令集。

除了RISC，任何全指令集计算机都使用的是复杂指令集计算（CISC）。

RISC典型范例如：MIPS R3000、HP—P A8000系列，Motorola M88000等均属于RISC微处理器。

RISC主要特点：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能力。

如：1987年SunMicrosystem公司推出的SPARC芯片就是一种超标量结构的RISC处理器。

而SGI公司推出的MIPS处理器则采用超流水线结构，这些RISC处理器在构建并行精简指令系统多处理机中起着核心的作用。

RISC处理器是当今UNIX领域64位多处理机的主流芯片性能特点一：由于指令集简化后，流水线以及常用指令均可用硬件执行；性能特点二：采用大量的寄存器，使大部分指令操作都在寄存器之间进行，提高了处理速度；性能特点三：采用缓存—主机—外存三级存储结构，使取数与存数指令分开执行，使处理器可以完成尽可能多的工作，且不因从存储器存取信息而放慢处理速度。

应用特点；由于RISC处理器指令简单、采用硬布线控制逻辑、处理能力强、速度快，世界上绝大部分UNIX工作站和服务器厂商均采用RISC芯片作CPU用。

如原DEC的Alpha21364、IBM的PowerPC G4、HP的PA—8900、SGI的R12000A和SUN Microsystem公司的Ultra SPARC ║。

运行特点：RISC芯片的工作频率一般在400MHZ数量级。

时钟频率低，功率消耗少，温升也少，机器不易发生故障和老化，提高了系统的可靠性。

单一指令周期容纳多部并行操作。

在RISC微处理器发展过程中。

曾产生了超长指令字（VLIW）微处理器，它使用非常长的指令组合，把许多条指令连在一起，以能并行执行。

VLIW处理器的基本模型是标量代码的执行模型，使每个机器周期内有多个操作。

有些RISC处理器中也采用少数VLIW指令来提高处理速度。

Pentium4微处理器体系结构完全采用RISC体系结构。

区别：RISC 和CISC 是目前设计制造微处理器的两种典型技术，虽然它们都是试图在体系结构、操作运行、软件硬件、编译时间和运行时间等诸多因素中做出某种平衡，以求达到高效的目的，但采用的方法不同，因此，在很多方面差异很大，它们主要有：（1）指令系统：RISC 设计者把主要精力放在那些经常使用的指令上，尽量使它们具有简单高效的特色。

对不常用的功能，常通过组合指令来完成。

因此，在RISC 机器上实现特殊功能时，效率可能较低。

但可以利用流水技术和超标量技术加以改进和弥补。

而CISC 计算机的指令系统比较丰富，有专用指令来完成特定的功能。

因此，处理特殊任务效率较高。

（2）存储器操作：RISC 对存储器操作有限制，使控制简单化；而CISC 机器的存储器操作指令多，操作直接。

（3）程序：RISC 汇编语言程序一般需要较大的内存空间，实现特殊功能时程序复杂，不易设计；而CISC 汇编语言程序编程相对简单，科学计算及复杂操作的程序设计相对容易，效率较高。

（4）中断：RISC 机器在一条指令执行的适当地方可以响应中断；而CISC 机器是在一条指令执行结束后响应中断。

（5）CPU：RISC CPU 包含有较少的单元电路，因而面积小、功耗低；而CISC CPU 包含有丰富的电路单元，因而功能强、面积大、功耗大。

（6）设计周期：RISC 微处理器结构简单，布局紧凑，设计周期短，且易于采用最新技术；CISC 微处理器结构复杂，设计周期长。

（7）用户使用：RISC 微处理器结构简单，指令规整，性能容易把握，易学易用；CISC微处理器结构复杂，功能强大，实现特殊功能容易。

（8）应用范围：由于RISC 指令系统的确定与特定的应用领域有关，故RISC 机器更适合于专用机；而CISC 机器则更适合于通用机。

种类：目前常见使用RISC的处理器包括DEC Alpha、ARC、ARM、MIPS、PowerPC、SPARC和SuperH等。

CISC定义：复杂指令集计算机（Complex Instruction Set Computer，CISC）早期的计算机部件比较昂贵，主频低，运算速度慢。

为了提高运算速度，人们不得不将越来越多的复杂指令加入到指令系统中，以提高计算机的处理效率，这就逐步形成复杂指令集计算机体系。

为了在有限的指令长度内实现更多的指令，人们又设计了操作码扩展。

然后，为了达到操作码扩展的先决条件——减少地址码，设计师又发现了各种寻址方式，如基址寻址、相对寻址等，以最大限度地压缩地址长度，为操作码留出空间。

Intel公司的X86系列CPU是典型的CISC体系的结构，从最初的8086到后来的Pentium系列，每出一代新的CPU，都会有自己新的指令，而为了兼容以前的CPU平台上的软件，旧的CPU的指令集又必须保留，这就使指令的解码系统越来越复杂。

CISC可以有效地减少编译代码中指令的数目，使取指操作所需要的内存访问数量达到最小化。

此外CISC可以简化编译器结构，它在处理器指令集中包含了类似于程序设计语言结构的复杂指令，这些复杂指令减少了程序设计语言和机器语言之间的语义差别，而且简化了编译器的结构。

为了支持复杂指令集，CISC通常包括一个复杂的数据通路和一个微程序控制器。

如图1-5所示。

微程序控制器由一个微程序存储器、一个微程序计数器（MicroPC）和地址选择逻辑构成。

在微程序存储器中的每一个字都表示一个控制字，并且包含了一个时钟周期内所有数据通路控制信号的值。

这就意味着控制字中的每一位表示一个数据通路控制线的值。

例如，它可以用于加载寄存器或者选择ALU 中的一个操作。

此外每个处理器指令都由一系列的控制字组成。

当从内存中取出这样的一条指令时，首先把它放在指令寄存器中，然后地址选择逻辑再根据他来确定微程序存储器中相应的控制字顺序起始地址。

当把该起始地址放入MicroPC中后，九重微程序内存中找到相应的控制字，并利用它在数据通路中把数据从一个寄存器传送到另一个寄存器。

由于MicroPC中的地址并发递增来指向下一个控制字，因此对于序列中的每个控制器都会重复一遍这一步骤。

最终，当执行完最后一个控制字时，就从内存中取出一条新的指令，整个过程会重复进行。

由此可见，控制字的数量及时钟周期的数目对于每一条指令都可以是不同的。

因此在CISC中很难实现指令流水操作。

另外，速度相对较慢的微程序存储器需要一个较长的时钟周期。

由于指令流水和短的时钟周期都是快速执行程序的必要条件，因此CISC体系结构对于高效处理器而言不太合适的。

CISC体系结构的计算机存在以下一些问题（1）指令的2/8规律CISC计算机系统中，各种指令的使用频率相差悬殊。

大量的统计数字表明，大概有20%的比较简单的指令被反复使用，使用量约占整个程序的80%；而有80%左右的指令则很少使用，其使用量约占整个程序的20%。

VLSI制造工艺要求CPU控制逻辑的规整性进入20世纪80年代后，VLSI技术的发展非常迅速，往往每3到4年集成度就提高了一个数量级。

VLSI工艺要求规整性，而CISC 处理器中，为了实现大量复杂的指令，控制逻辑极不规整，给VLSI工艺造成很大困难。