risc和cisc的優(yōu)缺點(diǎn)分析

　　指令的強(qiáng)弱是CPU的重要指標(biāo)，指令集是提高微處理器效率的最有效工具之一。從現(xiàn)階段的主流體系結(jié)構(gòu)講，指令集可分為復(fù)雜指令集（CISC）和精簡(jiǎn)指令集（RISC）兩部分。相應(yīng)的，微處理隨著微指令的復(fù)雜度也可分為CISC及RISC這兩類。

　　復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)（CISC）

　　長(zhǎng)期來(lái)，計(jì)算機(jī)性能的提高往往是通過(guò)增加硬件的復(fù)雜性來(lái)獲得．隨著集成電路技術(shù)．特別是VLSI（超大規(guī)模集成電路）技術(shù)的迅速發(fā)展，為了軟件編程方便和提高程序的運(yùn)行速度，硬件工程師采用的辦法是不斷增加可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜功能的指令和多種靈活的編址方式．甚至某些指令可支持高級(jí)語(yǔ)言語(yǔ)句歸類后的復(fù)雜操作．至使硬件越來(lái)越復(fù)雜，造價(jià)也相應(yīng)提高．為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜操作，微處理器除向程序員提供類似各種寄存器和機(jī)器指令功能外．還通過(guò)存于只讀存貯器（ROM）中的微程序來(lái)實(shí)現(xiàn)其極強(qiáng)的功能 ，傲處理在分析每一條指令之后執(zhí)行一系列初級(jí)指令運(yùn)算來(lái)完成所需的功能，這種設(shè)計(jì)的型式被稱為復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)（Complex Instruction Set Computer-CISC）結(jié)構(gòu)．一般CISC計(jì)算機(jī)所含的指令數(shù)目至少300條 以上，有的甚至超過(guò)500條．

　　精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)（RISC）

　　采用復(fù)雜指令系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)有著較強(qiáng)的處理高級(jí)語(yǔ)言的能力．這對(duì)提高計(jì)算機(jī)的性能是有益的．當(dāng)計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)沿著這條道路發(fā)展時(shí)．有些人沒(méi)有隨波逐流．他們回過(guò)頭去看一看過(guò)去走過(guò)的道路，開(kāi)始懷疑這種傳統(tǒng)的做法：IBM公司沒(méi)在紐約Yorktown的JhomasI.Wason研究中心于1975年組織力量研究指令系統(tǒng)的合理性問(wèn)題．因?yàn)楫?dāng)時(shí)已感到，日趨龐雜的指令系統(tǒng)不但不易實(shí)現(xiàn)．而且還可能降低系統(tǒng)性能．1979年以帕特遜教授為首的一批科學(xué)家也開(kāi)始在美國(guó)加冊(cè)大學(xué)伯克萊分校開(kāi)展這一研究．結(jié)果表明，CISC存在許多缺點(diǎn)．首先．在這種計(jì)算機(jī)中．各種指令的使用率相差懸殊：一個(gè)典型程序的運(yùn)算過(guò)程所使用的80％指令．只占一個(gè)處理器指令系統(tǒng)的20％．事實(shí)上最頻繁使用的指令是取、存和加這些最簡(jiǎn)單的指令．這樣-來(lái)，長(zhǎng)期致力于復(fù)雜指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)際上是在設(shè)計(jì)一種難得在實(shí)踐中用得上的指令系統(tǒng)的處理器．同時(shí)．復(fù)雜的指令系統(tǒng)必然帶來(lái)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性．這不但增加了設(shè)計(jì)的時(shí)間與成本還容易造成設(shè)計(jì)失誤．此外．盡管VLSI技術(shù)現(xiàn)在已達(dá)到很高的水平，但也很難把CISC的全部硬件做在一個(gè)芯片上，這也妨礙單片計(jì)算機(jī)的發(fā)展．在CISC中，許多復(fù)雜指令需要極復(fù)雜的操作，這類指令多數(shù)是某種高級(jí)語(yǔ)言的直接翻版，因而通用性差．由于采用二級(jí)的微碼執(zhí)行方式，它也降低那些被頻繁調(diào)用的簡(jiǎn)單指令系統(tǒng)的運(yùn)行速度．因而．針對(duì)CISC的這些弊?。撂剡d等人提出了精簡(jiǎn)指令的設(shè)想即指令系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)只包含那些使用頻率很高的少量指令．并提供一些必要的指令以支持操作系統(tǒng)和高級(jí)語(yǔ)言．按照這個(gè)原則發(fā)展而成的計(jì)算機(jī)被稱為精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)（Reduced Instruction Set Computer-RISC）結(jié)構(gòu)．簡(jiǎn)稱RISC．

　　CISC體系的優(yōu)缺點(diǎn)

　　優(yōu)點(diǎn)：能夠有效縮短新指令的微代碼設(shè)計(jì)時(shí)間，允許設(shè)計(jì)師實(shí)現(xiàn)CISC體系機(jī)器的向上相容。新的系統(tǒng)可以使用一個(gè)包含早期系統(tǒng)的指令超集合，也就可以使用較早電腦上使用的相同軟體。另外微程式指令的格式與高階語(yǔ)言相匹配，因而編譯器并不一定要重新編寫。

　　缺點(diǎn)：指令集以及晶片的設(shè)計(jì)比上一代產(chǎn)品更復(fù)雜，不同的指令，需要不同的時(shí)鐘周期來(lái)完成，執(zhí)行較慢的指令，將影響整臺(tái)機(jī)器的執(zhí)行效率。

　　RISC體系的優(yōu)缺點(diǎn)

　　優(yōu)點(diǎn)：在使用相同的晶片技術(shù)和相同運(yùn)行時(shí)鐘下，RISC系統(tǒng)的運(yùn)行速度將是CISC的2～4倍。由于RISC處理器的指令集是精簡(jiǎn)的，它的記憶體管理單元、浮點(diǎn)單元等都能設(shè)計(jì)在同一塊晶片上。RISC處理器比相對(duì)應(yīng)的CISC處理器設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單，所需要的時(shí)間將變得更短，并可以比CISC處理器應(yīng)用更多先進(jìn)的技術(shù)，開(kāi)發(fā)更快的下一代處理器。

　　缺點(diǎn)：多指令的操作使得程式開(kāi)發(fā)者必須小心地選用合適的編譯器，而且編寫的代碼量會(huì)變得非常大。另外就是RISC體系的處理器需要更快記憶體，這通常都集成于處理器內(nèi)部，就是L1 Cache（一級(jí)緩存）。 綜合上面所述，若要再進(jìn)一步比較CISC與RISC之差異，可以由以下幾點(diǎn)來(lái)進(jìn)行分析：

　　1、指令的形成 CISC因指令復(fù)雜，故采微指令碼控制單元的設(shè)計(jì)，而RISC的指令90%是由硬體直接完成，只有10%的指令是由軟體以組合的方式完成，因此指令執(zhí)行時(shí)間上RISC較短，但RISC所須ROM空間相對(duì)的比較大，至于RAM使用大小應(yīng)該與程序的應(yīng)用比較有關(guān)系。

　　2、定址模式 CISC的需要較多的定址模式，而RISC只有少數(shù)的定址模式，因此CPU在計(jì)算記憶體有效位址時(shí)，CISC占用的匯流排周期較多。

　　3、指令周期 CISC指令的格式長(zhǎng)短不一，執(zhí)行時(shí)的周期次數(shù)也不統(tǒng)一，而RISC結(jié)構(gòu)剛好相反，故適合采用管線處理架構(gòu)的設(shè)計(jì)，進(jìn)而可以達(dá)到平均一周期完成一指令的方向努力。顯然的，在設(shè)計(jì)上RISC較CISC簡(jiǎn)單，同時(shí)因?yàn)镃ISC的執(zhí)行步驟過(guò)多，閑置的單元電路等待時(shí)間增長(zhǎng)，不利于平行處理的設(shè)計(jì)，所以就效能而言RISC較CISC還是站了上風(fēng)，但RISC因指令精簡(jiǎn)化后造成應(yīng)用程式碼變大，需要較大的程式記憶體空間，且存在指令種類較多等等的缺點(diǎn)。