ARM学习系列 ---- RISC和CISC概述
1 引言
CPU发明到现在，有非常多种架构涌现出来，目前市场上主流的芯片架构有 X86、ARM、RISC-V和MIPS四种：
| 架构 | 指令集 | 特点 |
|---|---|---|
| x86 | CISC | 因特尔和AMD，占领了95%以上的桌面计算机和服务器市场 |
| ARM | RISC | 在智能手机、可穿戴设备等移动处理器市场占领主要地位 |
| MIPS | RISC | 广泛被使用在许多电子产品、网络设备、个人娱乐装置与商业装置上 |
| RISC-V | RISC | 基于RISC-V 指令集架构可以设计服务器CPU，家用电器CPU，工控CPU和用在比指头小的传感器中的CPU。 |
2 CISC和RISC
CISC(Complex Instruction Set Computer)，设计思路是用一条指令完成一个复杂的基本功能；RISC(Reduced Instruction Set Computer)，设计思路是一条指令完成一个基本“动作”，多条指令组合完成一个复杂的基本功能。
举个例子：CISC提供的乘法指令，调用时可以完成内存a和内存b中两个数据相乘，结果存入内存c中，需要多个CPU cycle才能完成；而RISC不提供“一站式”的乘法指令，需要调用四条单CPU cycle的指令完成两个数的相乘：
(1) 内存a加载到寄存器；
(2) 内存b加载到寄存器；
（3）两个寄存器中数相乘；
(4) 寄存器结果写入内存c。
关于CISC和RISC具体指标的对比见下图：
| 对比项 | CISC | RISC |
|---|---|---|
| 指令系统 | 复杂，庞大 | 简单，精简 |
| 指令数目 | 一般大于200条 | 小于100条 |
| 指令字长 | 不固定 | 定长 |
| 可访存指令 | 无限制 | 只有Load/Store指令 |
| 指令执行时间 | 相差较大 | 绝大多数在一个周期内完成 |
| 指令使用频度 | 相差加大 | 都比较常用 |
| 通用寄存器数量 | 较少 | 多 |
| 目标代码 | 难以用优化编译生成高效的目标代码程序 | 采用优化的编译程序，生成代码较为高效 |
| 控制方式 | 绝大多数位微程序控制 | 绝大多数位组合逻辑控制 |
| 指令流水线 | 可以通过一定方式实现 | 必须实现 |
对于通用寄存器数量，RISC的数量多，而CISC的数量少的原因是：RISC在处理一个任务时往往会拆分成几个部分的指令，每个部分的指令往往需要多个通用寄存器来存储中间结果；而CISC则往往一条指令把一个任务都做完了，无需太多的通用寄存器。
对微程序控制的解释：复杂指令直接用硬件实现的话，需要的硬件数量会过多，故往往需要一些存储的部件来辅助实现，而微程序控制器就是这一类部件。百度百科解释：微程序控制的基本思想，就是仿照通常的解题程序的方法，把操作控制信号编成所谓的“微指令”，存放到一个只读存储器里．当机器运行时，一条又一条地读出这些微指令，从而产生全机所需要的各种操作控制信号，使相应部件执行所规定的操作 。
从硬件角度来看：CISC处理的是不等长指令集，它必须对不等长指令进行分割，因此在执行单一指令的时候需要进行较多的处理工作。而RISC执行的是等长精简指令集，CPU在执行指令的时候速度较快且性能稳定。因此在并行处理方面RISC明显优于CISC，RISC可同时执行多条指令，它可将一条指令分割成若干个进程或线程，交由多个处理器同时执行。由于RISC执行的是精简指令集，所以它的制造工艺简单且成本低廉。
基于上述描述，可以发现，CISC指令较为复杂，因此，其对应的编译器会相对简单，源码编译出来的汇编文件和二进制文件小，但是硬件实现比较复杂，对工艺要求高。与之相反，RICS指令比较简单，由多条指令组合完成复杂的操作，绝大多数指令在一个cycle完成，因此，其对应的编译器会相对复杂，源文件编译出的汇编文件指令多，文件也更大，但是硬件实现简单，对工艺要求较低。
CISC由于指定功能复杂，规则性不好，不利于采用流水线技术提升性能。RICS指令相对规整，功能简单，适合采用流水线技术提高性能，如下图所示：
