risc指令集是什么_有哪些

  RISC是英文“Reduced InstrucTIon Set CompuTIng ” 的缩写,中文意思是“精简指令集”。

  它是在CISC指令系统基础上发展起来的,有人对CISC机进行测试表明,各种指令的使用频度相当悬殊,最常使用的是一些比较简单的指令,它们仅占指令总数的20%,但在程序中出现的频度却占80%。复杂的指令系统必然增加微处理器的复杂性,使处理器的研制时间长,成本高。并且复杂指令需要复杂的操作,必然会降低计算机的速度。基于上述原因,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。

  risc指令集是什么_有哪些

  RISC指令集是高性能CPU的发展方向。它与传统的CISC(复杂指令集)相对。相比而言,RISC的指令格式统一,种类比较少,寻址方式也比复杂指令集少。当然处理速度就提高很多了。目前在中高档服务器中普遍采用这一指令系统的CPU,特别是高档服务器全都采用RISC指令系统的CPU。RISC指令系统更加适合高档服务器的操作系统UNIX,现在Linux也属于类似UNIX的操作系统。RISC型CPU与Intel和AMD的CPU在软件和硬件上都不兼容。

  目前,在中高档服务器中采用RISC指令的CPU主要有以下几类:PowerPC处理器、SPARC处理器、PA-RISC处理器、MIPS处理器、Alpha处理器。

  RISC这种指令集运算包括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等操作系统运行在RISC处理器上。

  常见的精简指令集微处理器包括AVR、PIC、ARM、DEC Alpha、PA-RISC、SPARC、MIPS、Power架构等。

  早期,这种CPU指令集的特点是指令数目少,每条指令都采用标准字长、执行时间短、CPU的实现细节对于机器级程序是可见的等等。

  实际上在后来的发展中,RISC与CISC在争吵的过程中相互学习,现在的RISC指令集也达到数百条,运行周期也不再固定……虽然如此,RISC设计的根本原则--针对流水线化的处理器优化--没有改变。

  RISC指令集的五个周期

  这五个时钟周期分别为:IF(InstrucTIon fetch,取指令),ID(InstrucTIon decode/register fetch cycle,指令解码),EX(Execution/effective address cycle,执行),MEM(Memory access,内存访问), WB(Write-back cycle,写回)。

  IF:根据PC(program counter,程序计数器)中所存储的内存地址,在内存中找到该地址所指向的指令,并将该指令存储在寄存器中。同时,PC指向下一条指令,完成这个操作要求PC加4(以32位指令集为例,如果是64位则要加8)。

  ID : 操作从IF阶段获取来的指令。将指令解码,最终找到指令所需要的寄存器中存储的数据。如果该指令只一条跳转指令,那么在这一阶段需要根据跳转指令的意义对获取的值进行比较,如果比较结果为true则执行跳转,如果比较结果为false则不执行跳转,继续下一条指令的执行;如果指令需要对指令中某些位进行填充,也在ID阶段完成,比如对高四位进行填充以满足指令结果是32位;计算可能跳转的指令的地址。

  EX : ALU(Arithmetic Logic Unit,算术逻辑单元)对ID阶段的结果进行计算。在ID阶段已经获得了指令计算所需要的寄存器的值,那么在EX阶段需要根据指令的意义对这些寄存器的值进行计算。计算根据指令的不同变得不同。主要有三种类型的ALU计算:1. ALU根据ID中补充的地址,对有效的地址单元进行计算,最终得到所需要的内存的地址;2. 根据指令的意义,对从寄存器中获取的值,进行操作,比如对两个寄存器的值进行相加;3. 根据寄存器的值以及补充的值,计算出立即数的结果。

  MEM:如果当前指令是Load指令,那么,根据EX计算出的内存地址,从内存中获取对应的值;如果当前指令是store,那么,根据EX计算出的内存地址和寄存器的值,将寄存器的值存入该内存地址中。其他的指令一般不会设计内存的访问。

  WB:将计算出来的最终的寄存器的值写入到register file(寄存器文件)中。这部操作包括从内存中获取的值以及通过算术运算得到的结果。

  以上五个时钟周期便是一条RISC指令执行的主要步骤。

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  RISC指令特征

  指令种类少,指令格式规范:RISC指令集通常只使用一种或少数几种格式。指令长度单一(一般4个字节),并且在字边界上对齐,字段位置、特别是操作码的位置是固定的。

  寻址方式简化:几乎所有指令都使用寄存器寻址方式,寻址方式总数一般不超过5个。其他更为复杂的寻址方式,如间接寻址等则由软件利用简单的寻址方式来合成。

  大量利用寄存器间操作:RISC指令集中大多数操作都是寄存器到寄存器操作,只以简单的Load和Store操作访问内存。因此,每条指令中访问的内存地址不会超过1个,访问内存的操作不会与算术操作混在一起。

  简化处理器结构:使用RISC指令集,可以大大简化处理器的控制器和其他功能单元的设计,不必使用大量专用寄存器,特别是允许以硬件线路来实现指令操作,而不必像CISC处理器那样使用微程序来实现指令操作。因此RISC处理器不必像CISC处理器那样设置微程序控制存储器,就能够快速地直接执行指令。

  便于使用VLSI技术:随着LSI和VLSI技术的发展,整个处理器(甚至多个处理器)都可以放在一个芯片上。RISC体系结构可以给设计单芯片处理器带来很多好处,有利于提高性能,简化VLSI芯片的设计和实现。基于VLSI技术,制造RISC处理器要比CISC处理器工作量小得多,成本也低得多。

  加强了处理器并行能力:RISC指令集能够非常有效地适合于采用流水线、超流水线和超标量技术,从而实现指令级并行操作,提高处理器的性能。目前常用的处理器内部并行操作技术基本上是基于RISC体系结构发展和走向成熟的。

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发布日期:2019年07月14日  所属分类:物联网