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浅谈CISC和RISC技术与计算机性能间的关系
作者：布合力其木·艾尔肯
来源：《数字技术与应用》2014年第07期
摘要：本篇论文主要讨论了计算机体系结构，指令系统，CISC和RISC技术与计算机性能之间的关系，CISC和RISC技术的优缺点及发展趋势。 关键词：CISC RISC 指令系统系列机
中图分类号：TP303 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）07-0208-01
计算机发展至今，计算机硬件结构随着VLSI（超大规模集成电路）技术的飞速发展芯片集成度显著提高，从而提高了计算机的性能价格比，可计算机硬件成本不断下降，而软件成本不断上升。一台计算机最基本的，必不可少的指令是并不多，事实上最频繁使用的指令是取、存和加等最简单的指令，因为很多指令可以用这些最基本的指令组合来实现。这样以来，长期致力于复杂指令系统的设计，实际上是在设计一种难得在实践中用得上的指令系统的处理器。 处理器也就是处理器（CPU，Central Processing Unit）是一块超大规模的集成电路，是一台计算机的运算和控制核心部件。目前设计制造CPU的两种典型技术是CISC和RISC。这两种技术都试图在体系结构、操作运行、软硬件、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而有很多方面的差异，下面介绍这两种技术并采用它们的机器的性能。 1 CISC技术和RISC技术简介
CISC是复杂指令系统计算机（Complex Instruction Set Computer）的简称，它是由复杂指令系统设计的计算机。复杂指令系统是增强原有指令的功能，设置更为复杂的新指令实现软件功能的硬化。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来提高计算机的处理效率，这就逐步形成了复杂指令系统计算机体系。它的指令系统多达几百条指令，有十多种寻址方式，可如此庞大的指令系统不但是计算机的研制周期变长，难以保证正确性，不易调试维护，而且由于采用了大量频率很低的复杂指令而造成硬件资源浪费，为此人们提出了RISC[1]。
RISC是精简指令系统计算机（Reduced Instruction Set Computer）的简称，RISC技术的精华就是通过简化计算机指令功能，使指令的平均执行周期减少，从而提高计算机的工作主频，同时大量使用通用寄存器来提高子程序执行的速度。指令经过精简后，计算机体系结构自然趋
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于简单，在这个基础上，还克服了CISC的许多缺点，从而使计算机速度更快，程序运行时间缩短并尽可能减少寻址方式，提高编译的效率，最终达到加快机器处理速度的目的[1]。 2 CISC和RISC技术的优缺点 2.1 CISC技术的优缺点
（1）从硬件角度来看CISC处理的是不等长指令集。（2）从软件角度来看，CISC运行在DOC，Windows操作系统上，而且它拥有大量的应用程序。（3）指令系统及指令结构复杂，指令的执行时间长。（4） CISC型CPU所包含的单元电路很多，结构复杂，因此CPU面积和功耗大。（5）在程序调用时需将上下文保存在堆栈中，需要内存操作。（6）应用范围：采用CISC技术的处理器适合于通用机上使用[2]，[4]。 2.2 RISC技术的优缺点
（1）从硬件角度来看，它处理的是等长精简指令集；指令格式和寻址方式种类也少。（2）从软件角度来看，虽然在RISC也可以运行在DOC，Windows上；但需要一个翻译过程，所以运行速度慢。（3）只有取数/存数（LOAD/STRORE）指令访问存储器，其余指令的操作都在寄存器内完成。（4）RISC型CPU所包含的单元电路较少，因此CPU面积小，功耗低。（5）采用流水线技术，高速缓存（Cache）技术，不用为程序控制。（6）CPU中有多个通用寄存器，在调用子程序时RISC将把程序存放在寄存器中并且参数也寄存器来传递。（7）面向高级语言并采用了优化的编译程序。（8）应用范围：采用RISC技术的处理器适合于专用机上使用[2]，[4]。 3 CISC和RISC的发展趋势
20世纪70年代以前的计算机均用传统的CISC指令结构，即完全采用复杂指令来支持高级语言、应用程序和操作系统。这种PC不但成本高且效率较低，速度受限。20世纪80年代RISC型CPU诞生了，相对于CISC型CPU，RISC型CPU不仅精简了指令系统，还采用了一种叫做“超标量和超流水线结构”，大大增加了并行处理能力。也就是说，架构在同等频率下，采用RISC架构的CPU比CISC架构的CPU性能高很多，这是由CPU的技术特征决定的。 目前，RISC和CISC各有优势，而且界限并不那么明显了。现代的CPU往往采用CISC的外围，内部加入了RISC的特性。就连典型CISC体系的Intel CPU也具有了明显的RISC特征。在中高档服务器中普遍采用RISC指令系统的CPU。另外，超长指令集CPU由于融合了RISC和CISC的优势，成为未来的CPU发展方向之一。下一代CPU将融合CISC技术与RISC技术，从软件与硬件方面二者会取长补短，更进一步增加处理器的并行性及提高工艺水平[3]。 4 结语
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CISC和RISC技术是设计制造CPU的典型技术，也就是决定计算机性能的关键技术；从目前计算机体系发展来看，CISC和RISC体系界限日益模糊，CPU已实现了融合CISC和RISC技术在制造中，并达到了提高计算机速度及整体性能的目的。 参考文献
[1]蒋本珊.计算机组成原理（第三版）[J].北京：清华大学出版社，2013，（8）：227. [2]唐朔飞.计算机组成原理（第二版）[J].高等教育出版社，2012，（11）：326. [3]胡伟武.计算机体系结构[J].北京：清华大学出版社，2011，（6）：52. [4]王爱英.计算机组成与结构[J].北京：清华大学出版社，2009，（9）：158.
