一文搞懂精简指令集与复杂指令集

由 demi 提交于周五, 28 十月 2022 - 09:47

时钟周期机器周期指令周期

时钟周期：时钟是CPU的动力源，CPU之所以能够快速工作就是由时钟驱动，时钟不停的振荡，CPU就不停的工作。时钟周期是CPU内部衡量时长的最基本单位。

机器周期：也叫CPU周期，规定为CPU访问一次内存所需要的最短时间。这就是说，一条指令的取值阶段(从内存读取)就需要一个机器周期。一个机器周期可能由若干个时钟周期组成。

指令周期：一条指令完成所需要的时间，可能由若干个机器周期组成。

因此，从时间长度来说，指令周期 > 机器周期 > 时钟周期

精简指令集与复杂指令集

精简指令集(RISC)与复杂指令集(CISC)是相对于指令执行时长来说的，而不是指令本身的复杂度。精简指令集追求的是在单个机器周期里面完成指令。

举个例子，如果对于"启动汽车"这个功能，复杂指令集可能直接就是一条指令，告诉处理器"启动汽车"，那么处理器内部会完成整个启动过程，发出这条复杂指令的人不用关心处理器的内部实现。如果使用精简指令集，就得告诉处理器3条指令:

1 插入钥匙指令
2 点火指令
3 踩油门指令

可以看到，完成同一件事，复杂指令集使用了一条指令，而精简指令集需要3条指令来完成一个复杂动作。

接下来看一个实际的编程例子，对于乘法操作来说，复杂指令集使用一条简单指令MUL来完成:

当处理器看到这样一条指令，内部会做如下操作：

1. 从内存中加载地址A上的数，存放在寄存器中
2. 从内存中夹杂地址B上的数，存放在寄存器中
3. ALU根据寄存器中的值进行乘积
4. 将乘积写回内存

接下来看使用精简指令集如何完成这项工作:

<pre>LOAD RA, A ; 从内存读取数据A
LOAD RB, B ; 从内存读取数据B
PROD RA, RB ; 计算两者乘积
STORE A, RA ; 将寄存器中的结果写回内存</pre>

虽然从代码量来看，完成同一件事精简指令集占用的空间更多，但是这些指令都很简单，不需要复杂的硬件逻辑来进行解码，可以节约晶体管的数量，处理器就可以更小。

同时，从编译器的角度看，复杂指令集CPU对编译器隐藏了实现细节，编译器能够优化代码的可能性很小，而精简指令集CPU的执行过程都暴露出来，更有利于编译器进行代码优化。

指令集与处理器架构

目前流行的两种指令集:精简指令集与复杂指令集都有与之对应的处理器架构。所谓处理器架构，可以看成是使用一堆硬件电路来完成指令集中的指令，使用相同指令集的处理器，可能会有不同的架构设计。使用精简指令集的架构有:PowerPC架构、ARM架构、MIPS架构；使用复杂指令集的架构有x86架构。

参考链接：
不懂精简指令集还敢说自己是程序员？
https://mp.weixin.qq.com/s/VMDpW67zhJka0DKL8TQHrA

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本文转自：<a href="https://mp.weixin.qq.com/s/VTAIcPpOqIunRunVLm_5Yg">白羊哈哈</a>，转载此文目的在于传递更多信息，版权归原作者所有。如不支持转载，请联系小编demi@eetrend.com删除。