CISC 和 RISC 是兩大主流的 CPU 指令集類(lèi)型,其中 CISC 以 Intel、AMD 的 X86 架構為代表(Atom 使用精簡(jiǎn)版的 X86 指令集),而 RISC 陣營(yíng)則包括 ARM、MIPS、Power PC 等架構。
CISC(complex instruction set computer 復雜指令集計算機)
CISC 是一種微處理器指令集架構,每個(gè)指令可執行若干低階操作,諸如從內存讀取、儲存、和計算操作,全部集于單一指令之中。CISC 體系結構的設計策略是使用大量的指令,包括復雜指令。與其他設計相比,在CISC中進(jìn)行程序設計要比在其他設計中容易,因為每一項簡(jiǎn)單或復雜的任務(wù)都有一條對應的指令。程序設計者不需要寫(xiě)一大堆指令去完成一項復雜的任務(wù)。 但指令集的復雜性使得CPU和控制單元的電路非常復雜。在CISC指令集的各種指令中,約有 20% 的指令會(huì )被反復使用,占整個(gè)程序代碼的 80%,而余下的 80% 指令卻不經(jīng)常使用,在程序設計中只占 20%。
RISC(reduced instruction set computer,精簡(jiǎn)指令集計算機)
RISC 是一種執行較少類(lèi)型計算機指令的微處理器,起源于80年代的 MIPS 主機。RISC的設計初衷針對CISC CPU復雜的弊端,選擇一些可以在單個(gè)CPU周期完成的指令,以降低CPU的復雜度,將復雜性交給編譯器。RISC具有設計更簡(jiǎn)單、設計周期更短等優(yōu)點(diǎn),能夠以更快的速度執行操作(每秒執行更多百萬(wàn)條指令,即 MIPS)。精簡(jiǎn)指令集這種設計思路對指令數目和尋址方式都做了精簡(jiǎn),使其實(shí)現更容易,指令并行執行程度更好,編譯器的效率更高。
實(shí)際上在后來(lái)的發(fā)展中,RISC 與 CISC 在競爭的過(guò)程中相互學(xué)習,現在的 RISC 指令集也達到數百條,運行周期也不再固定。
X86
X86 是 Intel 開(kāi)發(fā)制造的一種微處理器體系結構的泛稱(chēng),X86 架構是可變指令長(cháng)度的 CISC。X86架構于1978 年推出的 Intel 8086 中央處理器中首度出現,它是從 Intel 8008 處理器中發(fā)展而來(lái)的,而8008則是發(fā)展自 Intel 4004 的。8086 在三年后為 IBM PC 所選用,之后 X86 便成為了個(gè)人計算機的標準平臺,成為了歷來(lái)最成功的 CISC 架構。
8086是16位處理器,直到1985年32位的80386的開(kāi)發(fā),這個(gè)架構都維持是16位。接著(zhù)一系列的處理器表示了32位架構的細微改進(jìn),推出了數種的擴充,直到2003年AMD對于這個(gè)架構發(fā)展了64位的擴充,并命名為 amd64。后來(lái) Intel 也推出了與之兼容的處理器,并命名為 Intel 64。兩者一般被統稱(chēng)為 x86-64 或 x64,開(kāi)創(chuàng )了 x86 的 64 位時(shí)代。
MIPS
MIPS是世界上很流行的一種RISC處理器。MIPS的意思是“無(wú)內部互鎖流水級的微處理器”(microprocessor without interlocked piped stages),其機制是盡量利用軟件辦法避免流水線(xiàn)中的數據相關(guān)問(wèn)題。它最早是在80年代初期由斯坦福大學(xué) Hennessy 教授領(lǐng)導的研究小組研制。MIPS是出現最早的商業(yè)RISC架構芯片之一,新的架構集成了所有原來(lái)MIPS指令集,并增加了許多更強大的功能。MIPS自己只進(jìn)行CPU的設計,之后把設計方案授權給客戶(hù),使得客戶(hù)能夠制造出高性能的 CPU。
Power PC
PowerPC 是一種精簡(jiǎn)指令集(RISC)架構的中央處理器(CPU),其基本的設計源自IBMPowerPC 601 微處理器POWER(Performance Optimized With Enhanced RISC)架構。二十世紀九十年代,IBM、蘋(píng)果和摩托羅拉合作開(kāi)發(fā) PowerPC 芯片成功,并制造出基于PowerPC的多處理器計算機。
PowerPC 架構的特點(diǎn)是可伸縮性好、方便靈活,有著(zhù)廣泛的應用范圍,包括從諸如 Power4 那樣的高端服務(wù)器 CPU 到嵌入式 CPU 市場(chǎng)(任天堂 Gamecube 使用了 PowerPC)。PowerPC 處理器有非常強的嵌入式表現,因為它具有優(yōu)異的性能、較低的能量損耗以及較低的散熱量。除了象串行和以太網(wǎng)控制器那樣的集成 I/O,該嵌入式處理器與“臺式機”CPU 存在非常顯著(zhù)的區別。
ARM
ARM架構,過(guò)去稱(chēng)作進(jìn)階精簡(jiǎn)指令集機器 Advanced RISC Machine,更早稱(chēng)作 Acorn RISC Machine,是32位 RISC 處理器架構,其廣泛地使用在許多嵌入式系統設計。由于節能的特點(diǎn),ARM處理器非常適用于行動(dòng)通訊領(lǐng)域,符合其主要設計目標為低耗電的特性。
在今日,ARM家族占了所有32位嵌入式處理器 75% 的比例,在智能機手機芯片領(lǐng)域更是更是占用壟斷地位,使它成為占全世界最多數的32位架構之一。ARM處理器可以在很多消費性電子產(chǎn)品上看到,從可攜式裝置(PDA、移動(dòng)電話(huà)、多媒體播放器、掌上型電子游戲,和計算機)到電腦外設(硬盤(pán)、桌上型路由器)甚至在導彈的彈載計算機等軍用設施中都有他的存在。
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