精简指令集RISC

RISC 和 CISC 是 CPU 从指令集的特点上可以分为两类 :CISC 和 RISC 。 RISC 是英文 Reduced Instruction Set Computing 的缩写 , 就是 " 精简指令运算集 ” 。 CISC 就是 " 复杂指令运算集 " 。

RISC 的指令系统相对简单，它只要求硬件执行很有限且最常用的那部分指令，大部分复杂的操作则使用成熟的编译技术，由简单指令合成。目前在中高档服务器中普遍采用这一指令系统的 CPU ，特别是高档服务器全都采用 RISC 指令系统的 CPU 。在中高档服务器中采用 RISC 指令的 CPU 主要有 Compaq （康柏，即新惠普）公司的 Alpha 、 HP 公司的 PA-RISC 、 IBM 公司的 Power PC 、 MIPS 公司的 MIPS 和 SUN 公司的 Spare 。

CPU 执行运算速度受三个因素的影响 (1) 程序中指令数 I ， (2) 每条指令执行所用周期数 CPI ， (3) 周期时间 T 。这三者又有：程序执行时间 =I ＊ CPI ＊ T ，因此，从这个等式可看出减小其中任一个都可提高 CPU 的速度，因此 RISC 技术就从这三方面下手，对 I 、 CPI 、 T 进行优化改良，其措施如下：

　　 1 、采用多级指令流水线结构

　　采用流水线技术可使每一时刻都有多条指令重叠执行，以减小 CPI 的值，使 CPU 不浪费空周期。实例： Pentium Ⅱ /Pro/Celeron 可同时发出执行五条指令， AMD － K6/K6 － 2 可同时发出六条指令。

　　 2 、选取机器中使用频率最高的简单指令及部分复杂指令

　　这样可减小时钟周期数量，提高 CPU 速度，其实质是减小 CPI 下的值实现。实例：选取运算指令、加载、存储指令和转移指令作主指令集。

　　 3 、采用加载 (Load) 、存储 (Store) 结构

　　只允许 Load 和 Store 指令执行存储器操作，其余指令均对寄存器操作。实例： Amd － K6/K6 － 2 、 P Ⅱ /Celeron/Pro 均支持对寄存器的直接操作和重新命名，并大大增加通用寄存器的数量。

　　 4 、延迟加载指令和转移指令

　　由于数据从存储器到寄存器存在二者速度差、转移指令要进行入口地址的计算，这使 CPU 执行速度大大受限，因此， RISC 技术为保证流水线高速运行，在它们之间允许加一条不相关的可立即执行的指令，以提高速度。

　　实例：主要体现于预测执行、非顺序执行和数据传输等方面，除 Intel P54/55C 不支持，像 K6 － 2 、 P Ⅱ均支持。

　　 5 、采用高速缓存 (cache) 结构

　　为保证指令不间断地传送给 CPU 运算器， CPU 设置了一定大小的 Cache 以扩展存储器的带宽，满足 CPU 频繁取指需求，一般有两个独立 Cache ，分别存放“指令＋数据”。

　　实例： P Ⅱ /Celeron:16K ＋ 16K ， AMD － K6/K6 － 2 为 32K ＋ 32K ， Cyrix M Ⅱ :64K( 实也为 2 个 32K Cache ，此作共享 Cache) ， P Ⅱ还加了 L2 Cache ，更是大幅提高了 CPU 速度。