采用復雜指令系統(tǒng)的計算機有著較強的處理高級語言的能力.這對提高計算機的性能是有益的.當計算機的設計沿著這條道路發(fā)展時.有些人沒有隨波逐流.他們回過頭去看一看過去走過的道路，開始懷疑這種傳統(tǒng)的做法：IBM公司設在紐約Yorktown的JhomasI.Wason研究中心于1975年組織力量研究指令系統(tǒng)的合理性問題.因為它當時已感到，日趨龐雜的指令系統(tǒng)不但不易實現(xiàn).而且還可能降低系統(tǒng)性能。1979年以帕特遜教授為首的一批科學家也開始在美國加州大學伯克利分校開展這一研究.結果表明，CISC存在許多缺點.
首先.在這種計算機中.各種指令的使用率相差懸殊：一個典型程序的運算過程所使用的80%指令.只占一個處理器指令系統(tǒng)的20%.事實上最頻繁使用的指令是取、存和加這些最簡單的指令.這樣一來，長期致力于復雜指令系統(tǒng)的設計，實際上是在設計一種難得在實踐中用得上的指令系統(tǒng)的處理器.同時.復雜的指令系統(tǒng)必然帶來結構的復雜性.這不但增加了設計的時間與成本還容易造成設計失誤.此外.盡管VLSI技術現(xiàn)在已達到很高的水平，但也很難把CISC的全部硬件做在一個芯片上，這也妨礙單片計算機的發(fā)展.在CISC中，許多復雜指令需要極復雜的操作，這類指令多數(shù)是某種高級語言的直接翻版，因而通用性差.由于采用二級的微碼執(zhí)行方式，它也降低那些被頻繁調用的簡單指令系統(tǒng)的運行速度. 因而.針對CISC的這些弊病.帕特遜等人提出了精簡指令的設想即指令系統(tǒng)應當只包含那些使用頻率很高的少量指令.并提供一些必要的指令以支持操作系統(tǒng)和高級語言.按照這個原則發(fā)展而成的計算機被稱為精簡指令集計算機(ReducedInstructionSetComputer-RISC).簡稱RISC.
RISC是簡化指令集計算機的簡略縮寫，其風格是強調計算機結構的簡單性和高效性。RISC設計是從足夠的不可缺少的指令集開始的。它的速度比那些具有傳統(tǒng)復雜指令組計算機結構的機器快得多，而且RISC機由于其較簡潔的設計，較易使用，故具有更短的研制開發(fā)周期。RISC結構一般具有如下的一些特點：
①單周期的執(zhí)行: 它統(tǒng)一用單周期指令。從根本上克服了CISC指令周期數(shù)有長有短，造成運行中偶發(fā)性不確定，致使運行失常的問題。②采用高效的流水線操作：使指令在流水線中并行地操作，從而提高處理數(shù)據(jù)和指令的速度。③無微代碼的硬連線控制:微代碼的使用會增加復雜性和每條指令的執(zhí)行周期。④指令格式的規(guī)格化和簡單化：為與流水線結構相適應且提高流水線的效率，指令的格式必須趨于簡單和固定的規(guī)式。比如指令采用16位或32位的固定的長度，并且指令中的操作碼字段、操作數(shù)字段都盡可能具有統(tǒng)一的格式。此外，盡量減少尋址方式，從而使硬件邏輯部件簡化且縮短譯碼時間，同時也提高了機器執(zhí)行效率和可靠性。⑤采用面向寄存器堆的指令：RISC結構采用大量的寄存器—— 寄存器操作指令，使指令系統(tǒng)更為精簡?？刂撇考鼮楹喕?，指令執(zhí)行速度大大提高。由于VLSI技術的迅速發(fā)展，使得在一個芯片上做大量的寄存器成為可能。這也促成了RISC結構的實現(xiàn)。⑥采用裝入/存儲指令結構：在CISC結構中。大量設置存儲器—— 存儲器操作指令，頻繁地訪問內存，將會使執(zhí)行速度降低。RISC結構的指令系統(tǒng)中，只有裝入/存儲指令可以訪問內存，而其它指令均在寄存器之間對數(shù)據(jù)進行處理。用裝入指令從內存中將數(shù)據(jù)取出，送到寄存器;在寄存器之間對數(shù)據(jù)進行快速處理，并將它暫存在那里，以便再有需要時。不必再次訪問內存。在適當?shù)臅r候，使用一條存儲指令再將這個數(shù)據(jù)送回內存。采用這種方法可以提高指令執(zhí)行的速度。
下載文檔
