RISC 与 CISC：差异与比较

关键精华

1. 指令集复杂性：RISC（精简指令集计算）和CISC（复杂指令集计算）代表了设计计算机体系结构的两种不同哲学。 RISC 侧重于可以在一个时钟周期内执行的简单指令，而 CISC 包括可能需要多个时钟周期才能执行但每条指令实现更多功能的复杂指令。
2. 绩效与效率：RISC 架构往往拥有更多数量的寄存器，并且在寄存器上花费更多的晶体管，而不是在复杂的指令上，从而在某些情况下允许更多的并行性和潜在的更高性能。 CISC 架构具有更复杂的指令，可以用更少的指令执行更复杂的任务，从而可能导致更有效的内存使用。
3. 应用和示例：RISC 架构通常用于热效率和功率效率至关重要的系统，例如移动设备和嵌入式系统。 著名的例子包括 ARM 处理器。 CISC 架构与英特尔 x86 系列中的架构一样，用于桌面和服务器环境，在这些环境中，原始处理能力和处理复杂指令的能力至关重要。

什么是 RISC？

RISC 代表精简指令集计算机。 它是一种注重处理器指令集设计的简单性和效率的计算机体系结构。 在 RISC 架构中，指令集故意保持小而简单，由可在单个时钟周期内执行的有限数量的指令组成。 这种设计理念与复杂指令集计算机 (CISC) 形成鲜明对比，后者具有更大、更复杂的指令集。

RISC 处理器的指令数量减少，范围从 30 到 200 左右，并针对特定任务进行了优化。 每条指令执行一个简单的操作，而复杂的操作则通过组合多个更简单的指令来构建。 RISC 处理器遵循加载/存储架构，其中数据从内存加载到寄存器中，在寄存器内进行操作，然后存储回内存。 算术和逻辑运算主要在寄存器内执行。

什么是CISC？

CISC 代表复杂指令集计算机。 它指的是一种强调具有不同复杂性的大量指令的计算机体系结构。 在CISC架构中，指令可以执行复杂的操作并直接访问内存。 这些指令的长度是可变的，并且可能需要多个时钟周期来执行。

CISC 处理器旨在处理复杂指令并最大限度地减少执行任务所需的指令数量。它们提供了丰富的寻址模式并支持高级语言，允许程序员编写更紧凑的代码。 CISC 架构的示例包括 x86 系列处理器，例如 Intel 的 Pentium 和 AMD 的 Ryzen。

RISC 和 CISC 之间的区别

1. RISC 架构具有简化且精简的指令集，由少量简单指令组成。 相比之下，CISC 架构具有更大、更复杂的指令集，其中的指令可以执行更复杂的操作。
2. RISC 处理器在单个时钟周期内执行指令，使其执行时间更加可预测。 另一方面，CISC 处理器可能需要多个时钟周期来执行指令，并且执行时间可能根据指令的复杂性而变化。
3. RISC 架构采用加载/存储架构，其中所有数据处理指令都对存储在寄存器中的数据进行操作，并且存储器访问仅限于特定的加载和存储指令。 CISC 架构允许指令直接访问内存，从而减少对显式加载/存储指令的需求。
4. RISC架构采用简单且规则的流水线结构设计，其中流水线的每个阶段执行特定的任务。 这允许更容易的流水线操作和更高的指令吞吐量。 CISC 架构具有更复杂的指令，可能具有更长的流水线，并且在实现高效流水线方面面临挑战。
5. RISC 架构倾向于生成更紧凑、更高效的代码。 简化的指令集和对优化常见操作的关注有助于缩小代码大小。 另一方面，CISC 架构可以在单个指令中执行复杂的操作，从而可能减少所需的指令数量，但会导致代码大小更大。

RISC 与 CISC 的比较

比较参数	RISC	CISC
指令编码	固定长度指令	变长指令
注册使用	强调寄存器的广泛使用	更多地依赖内存访问
控制单元复杂性	简单的控制单元设计	复杂的控制单元设计
每瓦性能	通常更节能	复杂指令可能会消耗更多电量
开发时间	由于架构更简单，开发速度更快	由于复杂性导致开发时间较长

参考资料

1. https://dl.acm.org/doi/abs/10.1145/250015.250016
2. https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-540-93799-9_4

最后更新：21 年 2023 月 XNUMX 日