CISC 词汇解读|说了好多年的RISC和CISC，其实也在走向融合！

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今天我们来谈谈RISC和CISC

精简指令集计算机(RISC)和CISC(复杂指令集计算机)是目前CPU的两种体系结构。两者的区别在于CPU设计理念和方法不同。

复杂指令集计算机(CISC)

长期以来，计算机性能的提高往往是通过增加硬件的复杂性来实现的。随着集成电路技术，特别是VLSI(超大规模集成电路)技术的快速发展，为了方便软件编程，提高程序运行速度，硬件工程师采用了增加能实现复杂功能的指令的方法和多种灵活的寻址方式，甚至一些指令在高级语言语句分类后还能支持复杂操作，使得硬件越来越复杂，成本也相应增加。为了实现复杂的运算，微处理器不仅为程序员提供了类似于各种寄存器和机器指令的功能，而且通过存储在只读存储器(ROM)中的微程序实现了其极强的功能。在分析每条指令后，它执行一系列主要指令操作来完成所需的功能。这种设计类型被称为复杂指令集计算机-CISC结构。一般CISC计算机至少包含300条指令，有些甚至超过500条指令。

精简指令集计算机

指令系统复杂的计算机具有很强的处理高级语言的能力，有利于提高计算机的性能。当计算机设计沿着这条路发展的时候，有些人并没有随波逐流。他们回头看过去的路，开始怀疑这种传统做法:IBM 1975年在JhomasI没有组织力量研究指令系统的合理性。位于纽约约克镇的沃森研究中心。当时，人们认为日益复杂的指令系统不仅难以实现，而且可能会降低系统性能。1979年，以帕特森教授为首的一批科学家开始在伯克利的加拿大大学进行这项研究。结果表明，CISC有许多缺点。首先，在这类计算机中，各种指令的利用率差别很大:一个典型程序的运算过程中使用的80%的指令，只占一个处理器的指令系统的20%，而实际上，使用频率最高的指令是取、存、加等最简单的指令。这样，长期致力于复杂指令系统的设计，实际上就是设计一个在实践中很少用到的指令系统的处理器。同时，复杂的指令系统必然导致结构的复杂性，不仅增加了设计时间和成本，还容易导致设计错误。此外，虽然超大规模集成电路技术已经达到了很高的水平，但很难将CISC的所有硬件都集成在一个芯片上，这也阻碍了单片机的发展。在CISC，许多复杂的指令需要极其复杂的操作，而这些指令大多是高级语言的直接副本，因此它们的通用性很差。由于两级微码执行模式，也降低了频繁调用的简单指令系统的运行速度。因此，针对CISC的这些缺点，帕特森等人提出了减少指令的思想，即指令系统应该只包含少量经常使用的指令，并提供一些必要的指令来支持操作系统和高级语言。根据这一原理开发的计算机称为精简指令集计算机——RISC结构，简称RISC。

CISC与RISC的区别

从硬件的角度来说，CISC处理的是不等长的指令集，必须对不等长的指令进行划分，所以在执行单个指令时需要更多的处理工作。RISC执行的是等长的精简指令集，执行指令时CPU更快，性能稳定。所以RISC在并行处理上明显优于CISC。RISC可以同时执行多条指令，它可以将一条指令分成几个进程或线程，可以由多个处理器同时执行。RISC执行精简指令集，因此制造工艺简单，成本低。

从软件的角度来看，CISC运行熟悉的操作系统。而且它有大量的应用。因为全球65%以上的软件供应商都设法为基于CISC架构的个人电脑及其兼容电脑提供服务，比如著名的微软就是其中之一。RISC在这方面有些弱。DOS和Windows虽然可以在RISC上运行，但是需要一个翻译过程，所以运行速度要慢很多。

实际上，CISC和RISC正在逐渐融合。奔腾Pro，Nx586，K5就是最明显的例子，他们的内核都是基于RISC架构的。它们接受CISC指令，并将它们分解成RISC指令，这样它们就可以同时执行多条指令。

复杂指令集CPU解码更复杂的指令，即指令很长，分成几个微指令执行，很容易开发程序(因为指令多)。但由于指令复杂，执行效率差，数据处理速度慢，所以PC中的奔腾结构为CISC CPU。

RISC是精简指令集CPU，指令位短，内部有快速指令处理电路，使得指令解码和数据处理更快，所以执行效率比CISC高。然而，它必须由编译器处理以发挥其效率。IBM的Power PC是RISC CPU结构，CISCO的CPU也是RISC结构。

奔腾-Pro(P6)，奔腾-II，cyrix，Cyrix的M1和M2，AMD的K5和K6其实都是改进的CISC，也可以说是结合了CISC和RISC的一些优点。