CISC是指复杂指令系统计算机(ComplexInstruction Set Computer);RISC是指精减指令系统计算机(Reduced Instruction Set Computer)。
传统的计算机体系结构设计思想一直认为计算机的指令系统越丰富、越复杂,功能越强,处理程序设计语言的能力也越强。在这种指导思想之下设计出的计算机系统越来越复杂和庞大。许多计算机系统都具有300条以上的指令,因此可能有总共多达千种以上的不同的指令操作。
70年代中、后期,对各种计算机中的指令使用率进行统计分析的结果发现,所使用的80%的指令只占处理器指令系统的20%。同时发现使用最频繁的指令是数据传送、算术运算等最简单的指令。
所以,我们将这样设计出的指令系统称为CISC—Complex Instruction Set Computer复杂指令系统计算机。这种指令系统是一种大量指令很少使用的指令系统。它不仅带来计算机结构上的复杂性,同时使微程序设计更为复杂,致使出错的概率增加。此外,大量使用操作复杂的存储器——存储器操作指令,因而也很难大幅提高计算机的效率。
RISC结构的最大特点是指令系统简单。其设计原则是使计算机的结构更加简单、更加合理,使系统达到最高的有效速度。为此,首先简化硬件设计,排除那些实现复杂功能的复杂指令,而保留能提高机器性能并且使用频率最高的指令。精减指令系统计算机开始出现于80年代中、后期。这是计算机体系结构发展史又一次重大的变革,是计算机发展的必然趋势。
RISC技术的特点是:①采用高效的流水线操作:使指令在流水线中并行地操作,从而提高处理数据和指令的速度。②指令格式的规格化和简单化:为与流水线结构相适应且提高流水线的效率,指令的格式必须趋于简单和固定的规式。比如指令采用16位或32位的固定的长度,并且指令中的操作码字段、操作数字段都尽可能具有统一的格式。此外,尽量减少寻址方式,从而使硬件逻辑部件简化且缩短译码时间,同时也提高了机器执行效率和可靠性。③采用面向寄存器堆的指令:RISC结构采用大量的寄存器——寄存器操作指令,使指令系统更为精简,控制部件更为简化,指令执行速度大大提高。由于VLSl技术的迅速发展,使得在一个芯片上做大量的寄存器成为可能,这也促成了RISC结构的实现。
④采用装入/存储指令结构:在ClSC结构中,大量设置存储器——存储器操作指令,频繁地访问内存。将会使执行速度降低。RISC结构的指令系统中,只有装入/存储指令可以访问内存,而其它指令均在寄存器之间对数据进行处理。用装入指令从内存中将数据取出,送到寄存器;在寄存器之间对数据进行快速处理,并将它暂存在那里,以便再有需要时,不必再次访问内存。在适当的时候,使用一条存储指令再将这个数据送回内存。采用这种方法可以提高指令执行的速度。
在我们通常使用的单片机中,MCS-51系列的单片机属于CISC的体系结构;AVR系列的单片机则属于RISC的体系结构。