risc和cisc分别是什么,以及他们的区别

RISC和CISC分别是什么，以及他们的区别

RISC和CISC是两种不同的计算机指令集架构，是计算机硬件发展的不同阶段的产物。这两种架构虽然都是用于编程和执行计算机指令，但在设计思想、指令集、处理器结构和应用场景等方面有着显著的差别。本文将从多个角度分析RISC和CISC的定义、历史、原理、优缺点和应用，以期为读者对这两种指令集架构有更深入的了解。

一、RISC和CISC是什么

RISC（Reduced Instruction Set Computing）指令集架构采用了精简指令集原则，将指令形式简单化、指令数量减少、并让指令都能够在相同的时间内执行完毕。RISC执行一个指令需要一个时钟，即通常所说的一拍（cycle），它的指令长度一般都是固定的，比如MIPS和ARM。

CISC（Complex Instruction Set Computing）指令集架构设计的理念是一个指令可执行多个操作，指令集复杂多样，指令长度不固定，指令执行过程复杂，一些指令需要多个时钟周期才能执行完毕。CISC的指令集更倾向于具有专门用途的指令从而使得程序员能够更简单地编写代码。在80年代末90年代初，Intel和AMD的x86架构CPU是CISC架构的代表。

二、RISC和CISC的历史

RISC架构首先由IBM研究开发，其最早的RISC原型机为IBM 801处理器。在20世纪80年代初，RISC架构被广泛应用于工作站和服务器上。1984年，UC-Berkeley的计算机教授David Patterson领导了一个名为“RISC I”的项目，提出了RISC的精简指令集原则，并在1986年推出了第一款采用RISC架构的商用计算机处理器MIPS（Microprocessor without Interlocked Pipelined Stages），此后MIPS架构成为了RISC架构的代表。

CISC架构的起源可以追溯到上世纪50年代初，在最早的电子计算机（如IBM 6000）上，指令集数量极少。1964年，IBM发布了第一款CISC架构处理器System/360，该架构最初的指令集包含超过1000条指令，使得编写程序变得更加方便。随着80年代IBM PC的诞生，CISC架构的x86处理器逐渐成为了个人计算机的标准。

三、RISC和CISC的原理

RISC和CISC的原理可以从指令集的角度来解释。RISC架构的指令集要求每个指令只是一个基本操作，执行时间相同，指令长度固定，每个操作都必须在单个CPU时钟周期内完成。因此，RISC架构的处理器可以具有较少的传输时间和处理时间。

CISC架构的指令集结构是复杂的，它使用更复杂的指令，使得每个指令可以执行多个子操作。每条指令可能有不同的长度，执行的时间也可能不同。这种指令集结构能够极大地简化编程，使得程序员可以使用更高级别的语言编写程序。

四、RISC和CISC的优缺点

RISC架构的优点是：（1）指令执行的速度更快；（2）流水线式执行有很好的发挥空间；（3）容易被并行处理器实现；（4）指令设计更容易解码和执行；（5）适合用于高性能计算，如超级计算机、数据库等领域。

RISC架构的缺点是：（1）较简单的指令集会使得更多的指令需要被执行来完成同样的操作；（2）如果没有对齐优化等特殊技术，能有效利用存储器的数据仅有32位，所以算法的效率可能不如CISC。

CISC架构的优点是：（1）指令常用且功能复杂，适合一些软件开发的方法；（2）体系结构上支持快速启动（即从加电到开始执行第一个指令只需要几毫秒时间），对应用要求响应时间较高的领域比如Web服务器、交易系统、小型办公应用等领域具有较大优势。

CISC架构的缺点：（1）指令长，顺序执行，对流水线执行不友好；（2）缺少一些特殊的执行单元（如MIPS的multiply和divide）；（3）容易产生次要的延误。

五、RISC和CISC的应用

目前，RISC架构在大型服务器、高性能计算机、嵌入式设备和移动设备等领域得到广泛应用。常用的RISC架构处理器有ARM、MIPS、PowerPC等。

CISC架构则应用更广泛，因为其适用于多种应用场景，并且面向普通用户和个人电脑的市场份额更高。目前主流的CISC架构处理器有Intel和AMD的x86系列、IBM的Power Architecture等。