计算机指令集 和 寻址方式详解(RISC 和 CISC)

1 概述

计算机指令集
RISC:Reduced Instruction Set Computer,精简指令集计算机
CISC:Complex Instruction Set Computer,复杂指令集计算机

2 指令集结构设计

2.1 RISC 精简

优点:

  • 速度快。 RISC特点之一是 指令流水线,而指令长短和执行时间的特性,使流水中的等待和保持时间减到最少。这些因素有利提高计算速度。
  • 降低设计成本,提高可靠性。 由于 RISC 指令集清简,使之只需相对小而简单控制单元的译码和硬件执行子系统。降低了复杂程序,简化了结构。
  • 支持 高级语言,而不支持汇编语言(方便 编程

缺点:

  • 编译后指令长度较长,内存需要较大。 因为 RISC 拥有的指令数少,有些在 CISC 中仅由一条指令完成的功能,在 RISC 中需二、三条甚至更多条指令,这使 RISC 代码较长,因而 RISC 的程序需要更多的内存,内存与 CPU 间的指令冲突也会增加

2.2 CISC 复杂

  • 在 CISC 指令集的各种指令中,其使用频率却相差悬殊,大约有20%的指令会被反复使用,占整个程序代码的80%。而余下的80%的指令却不经常使用,在程序设计中只占20%。
  • 当然,和 CISC 架构相比较,尽管 RISC 架构有上述的优点,但不能认为 RISC 架构就可以取代 CISC 架构,事实上,RISC 和 CISC 各有优势,而且界限并不那么明显。现代的 CPU 往往采用 CISC 的外围,内部加入了 RISC 的特性,如超长指令集 CPU 就是融合了 RISC 和 CISC 的优势,成为未来的 CPU 发展方向之一

2.3 区别

  • RISC 和 CISC 是当前 CPU 的两种架构。
  • 它们的区别在于不同的 CPU 设计理念和方法。
RISC(精简)CISC(复杂)
指令系统简单,精简复杂,庞
指令数目一般小于 100 条一般大于 200 条
指令字长固定长度无限制
指令设计软件 为中心硬件 为中心
可访存指令只有 Load/Store 指令无限制
各种指令执行时间大多数在一周期内相差很大
各种指令执行频率都比较常用相差很大
通用寄存器数量较多较少
指令流水线必须可选
控制方式组合逻辑控制微程序控制

3 扩展

3.1 指令基础(操作码 和 地址码)

  • 指令由 操作码地址码 两个部分组成
    • 操作码:指出该指令要完成什么操作
    • 地址码:提供原始的数据(操作数)

3.2 寻址方式

  • 寻址方式:寻找 操作数 的方式
  • 常见以下几种
寻址方式解释说明
立即寻址直接给出 操作数本身 而非地址
直接寻址直接给出 操作数地址 或 所在寄存器号(寄存器寻址)
间接寻址给出指向 操作数地址的地址
变址寻址给出的地址需与特定的地址值累加从而得出操作数地址
// 参考答案:C,不要选择 D 了哦
[1]在机器指令的地址字段中,直接指出操作数本身的寻址方式称为()
     A.隐含寻址
     B.寄存器寻址
     C.立即寻址
     D.直接寻址

// 网工软考 2012年上半年 参考答案:B
[2]若 CPU 要执行的指令为 "MOV R1,#45"(即将数值45传送到寄存器R1中),
     则该指令中采用的寻址方式是()
     A.直接寻址和立即寻址
     B.寄存器寻址和立即寻址
     C.相对寻址和直接寻址
     D.寄存器间接寻址和直接寻址
     -- #45:操作本身 => 立即寻址
     -- R1:寄存器 => 寄存器寻址

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