risc指令集是什么_有哪些

　　RISC是英文“Reduced Instruction Set Computing ” 的縮寫(xiě)，中文意思是“精簡(jiǎn)指令集”。

　　它是在CISC指令系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，有人對(duì)CISC機(jī)進(jìn)行測(cè)試表明，各種指令的使用頻度相當(dāng)懸殊，最常使用的是一些比較簡(jiǎn)單的指令，它們僅占指令總數(shù)的20%，但在程序中出現(xiàn)的頻度卻占80%。復(fù)雜的指令系統(tǒng)必然增加微處理器的復(fù)雜性，使處理器的研制時(shí)間長(zhǎng)，成本高。并且復(fù)雜指令需要復(fù)雜的操作，必然會(huì)降低計(jì)算機(jī)的速度?；谏鲜鲈?，20世紀(jì)80年代RISC型CPU誕生了，相對(duì)于CISC型CPU ，RISC型CPU不僅精簡(jiǎn)了指令系統(tǒng)，還采用了一種叫做“超標(biāo)量和超流水線結(jié)構(gòu)”，大大增加了并行處理能力。

　　RISC指令集是高性能CPU的發(fā)展方向。它與傳統(tǒng)的CISC（復(fù)雜指令集）相對(duì)。相比而言，RISC的指令格式統(tǒng)一，種類(lèi)比較少，尋址方式也比復(fù)雜指令集少。當(dāng)然處理速度就提高很多了。目前在中高檔服務(wù)器中普遍采用這一指令系統(tǒng)的CPU，特別是高檔服務(wù)器全都采用RISC指令系統(tǒng)的CPU。RISC指令系統(tǒng)更加適合高檔服務(wù)器的操作系統(tǒng)UNIX，現(xiàn)在Linux也屬于類(lèi)似UNIX的操作系統(tǒng)。RISC型CPU與Intel和AMD的CPU在軟件和硬件上都不兼容。

　　目前，在中高檔服務(wù)器中采用RISC指令的CPU主要有以下幾類(lèi)：PowerPC處理器、SPARC處理器、PA-RISC處理器、MIPS處理器、Alpha處理器。

　　RISC這種指令集運(yùn)算包括HP的PA-RISC，IBM的PowerPC，Compaq（被并入HP）的Alpha，MIPS公司的MIPS，SUN公司的SPARC等。目前只有UNIX，Linux，MacOS等操作系統(tǒng)運(yùn)行在RISC處理器上。

　　常見(jiàn)的精簡(jiǎn)指令集微處理器包括AVR、PIC、ARM、DEC Alpha、PA-RISC、SPARC、MIPS、Power架構(gòu)等。

　　早期，這種CPU指令集的特點(diǎn)是指令數(shù)目少，每條指令都采用標(biāo)準(zhǔn)字長(zhǎng)、執(zhí)行時(shí)間短、CPU的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)對(duì)于機(jī)器級(jí)程序是可見(jiàn)的等等。

　　實(shí)際上在后來(lái)的發(fā)展中，RISC與CISC在爭(zhēng)吵的過(guò)程中相互學(xué)習(xí)，現(xiàn)在的RISC指令集也達(dá)到數(shù)百條，運(yùn)行周期也不再固定……雖然如此，RISC設(shè)計(jì)的根本原則－－針對(duì)流水線化的處理器優(yōu)化－－沒(méi)有改變。

　　RISC指令集的五個(gè)周期

　　這五個(gè)時(shí)鐘周期分別為：IF（Instruction fetch，取指令），ID（Instruction decode/register fetch cycle，指令解碼），EX（Execution/effective address cycle，執(zhí)行），MEM（Memory access，內(nèi)存訪問(wèn)）， WB（Write-back cycle，寫(xiě)回）。

　　IF：根據(jù)PC（program counter，程序計(jì)數(shù)器）中所存儲(chǔ)的內(nèi)存地址，在內(nèi)存中找到該地址所指向的指令，并將該指令存儲(chǔ)在寄存器中。同時(shí)，PC指向下一條指令，完成這個(gè)操作要求PC加4（以32位指令集為例，如果是64位則要加8）。

　　ID ： 操作從IF階段獲取來(lái)的指令。將指令解碼，最終找到指令所需要的寄存器中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。如果該指令只一條跳轉(zhuǎn)指令，那么在這一階段需要根據(jù)跳轉(zhuǎn)指令的意義對(duì)獲取的值進(jìn)行比較，如果比較結(jié)果為true則執(zhí)行跳轉(zhuǎn)，如果比較結(jié)果為false則不執(zhí)行跳轉(zhuǎn)，繼續(xù)下一條指令的執(zhí)行；如果指令需要對(duì)指令中某些位進(jìn)行填充，也在ID階段完成，比如對(duì)高四位進(jìn)行填充以滿足指令結(jié)果是32位；計(jì)算可能跳轉(zhuǎn)的指令的地址。

　　EX ： ALU（Arithmetic Logic Unit，算術(shù)邏輯單元）對(duì)ID階段的結(jié)果進(jìn)行計(jì)算。在ID階段已經(jīng)獲得了指令計(jì)算所需要的寄存器的值，那么在EX階段需要根據(jù)指令的意義對(duì)這些寄存器的值進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算根據(jù)指令的不同變得不同。主要有三種類(lèi)型的ALU計(jì)算：1. ALU根據(jù)ID中補(bǔ)充的地址，對(duì)有效的地址單元進(jìn)行計(jì)算，最終得到所需要的內(nèi)存的地址；2. 根據(jù)指令的意義，對(duì)從寄存器中獲取的值，進(jìn)行操作，比如對(duì)兩個(gè)寄存器的值進(jìn)行相加；3. 根據(jù)寄存器的值以及補(bǔ)充的值，計(jì)算出立即數(shù)的結(jié)果。

　　MEM：如果當(dāng)前指令是Load指令，那么，根據(jù)EX計(jì)算出的內(nèi)存地址，從內(nèi)存中獲取對(duì)應(yīng)的值；如果當(dāng)前指令是store，那么，根據(jù)EX計(jì)算出的內(nèi)存地址和寄存器的值，將寄存器的值存入該內(nèi)存地址中。其他的指令一般不會(huì)設(shè)計(jì)內(nèi)存的訪問(wèn)。

　　WB：將計(jì)算出來(lái)的最終的寄存器的值寫(xiě)入到register file（寄存器文件）中。這部操作包括從內(nèi)存中獲取的值以及通過(guò)算術(shù)運(yùn)算得到的結(jié)果。

　　以上五個(gè)時(shí)鐘周期便是一條RISC指令執(zhí)行的主要步驟。

　　RISC指令特征

　　指令種類(lèi)少，指令格式規(guī)范：RISC指令集通常只使用一種或少數(shù)幾種格式。指令長(zhǎng)度單一（一般4個(gè)字節(jié)），并且在字邊界上對(duì)齊，字段位置、特別是操作碼的位置是固定的。

　　尋址方式簡(jiǎn)化：幾乎所有指令都使用寄存器尋址方式，尋址方式總數(shù)一般不超過(guò)5個(gè)。其他更為復(fù)雜的尋址方式，如間接尋址等則由軟件利用簡(jiǎn)單的尋址方式來(lái)合成。

　　大量利用寄存器間操作：RISC指令集中大多數(shù)操作都是寄存器到寄存器操作，只以簡(jiǎn)單的Load和Store操作訪問(wèn)內(nèi)存。因此，每條指令中訪問(wèn)的內(nèi)存地址不會(huì)超過(guò)1個(gè)，訪問(wèn)內(nèi)存的操作不會(huì)與算術(shù)操作混在一起。

　　簡(jiǎn)化處理器結(jié)構(gòu)：使用RISC指令集，可以大大簡(jiǎn)化處理器的控制器和其他功能單元的設(shè)計(jì)，不必使用大量專(zhuān)用寄存器，特別是允許以硬件線路來(lái)實(shí)現(xiàn)指令操作，而不必像CISC處理器那樣使用微程序來(lái)實(shí)現(xiàn)指令操作。因此RISC處理器不必像CISC處理器那樣設(shè)置微程序控制存儲(chǔ)器，就能夠快速地直接執(zhí)行指令。

　　便于使用VLSI技術(shù)：隨著LSI和VLSI技術(shù)的發(fā)展，整個(gè)處理器（甚至多個(gè)處理器）都可以放在一個(gè)芯片上。RISC體系結(jié)構(gòu)可以給設(shè)計(jì)單芯片處理器帶來(lái)很多好處，有利于提高性能，簡(jiǎn)化VLSI芯片的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。基于VLSI技術(shù)，制造RISC處理器要比CISC處理器工作量小得多，成本也低得多。

　　加強(qiáng)了處理器并行能力：RISC指令集能夠非常有效地適合于采用流水線、超流水線和超標(biāo)量技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)指令級(jí)并行操作，提高處理器的性能。目前常用的處理器內(nèi)部并行操作技術(shù)基本上是基于RISC體系結(jié)構(gòu)發(fā)展和走向成熟的。