卅年史詩！地球上出現過的CPU完全收

    3、 CISC與RISC

    CISC，Complex Instruction Set Computer，復雜指令系統計算機。RISC，Reduced Instruction Set Computer，精簡指令系統計算機。雖然這兩個名詞是針對計算機的，但下文我們仍然只對指令集進行研究。

    (1) CISC的產生、發展和現狀

    一開始，計算機的指令系統只有很少一些基本指令，而其他的復雜指令全靠軟件編譯時通過簡單指令的組合來實現。舉個最簡單的例子，一個a乘以b的操作就可以轉換為a個b相加來做，這樣就用不著乘法指令了。當然，最早的指令系統就已經有乘法指令了，這是為什么呢？因為用硬件實現乘法比加法組合來得快得多。

    由于那時的計算機部件相當昂貴，而且速度很慢，為了提高速度，越來越多的復雜指令被加入了指令系統中。但是，很快又有一個問題：一個指令系統的指令數是受指令操作碼的位數所限制的，如果操作碼為8位，那么指令數最多為256條（2的8次方）。

    那么怎么辦呢？指令的寬度是很難增加的，聰明的設計師們又想出了一種方案：操作碼擴展。前面說過，操作碼的后面跟的是地址碼，而有些指令是用不著地址碼或只用少量的地址碼的。那么，就可以把操作碼擴展到這些位置。

    舉個簡單的例子，如果一個指令系統的操作碼為2位，那么可以有00、01、10、11四條不同的指令。現在把11作為保留，把操作碼擴展到4位，那么就可以有00、01、10、1100、1101、1110、1111七條指令。其中1100、1101、1110、1111這四條指令的地址碼必須少兩位。

    然后，為了達到操作碼擴展的先決條件：減少地址碼，設計師們又動足了腦筋，發明了各種各樣的尋址方式，如基址尋址、相對尋址等，用以最大限度的壓縮地址碼長度，為操作碼留出空間。

    就這樣，慢慢地，CISC指令系統就形成了，大量的復雜指令、可變的指令長度、多種的尋址方式是CISC的特點，也是CISC的缺點：因為這些都大大增加了解碼的難度，而在現在的高速硬件發展下，復雜指令所帶來的速度提升早已不及在解碼上浪費點的時間。除了個人PC市場還在用x86指令集外，服務器以及更大的系統都早已不用CISC了。x86仍然存在的唯一理由就是為了兼容大量的x86平臺上的軟件。

    (2) RISC的產生、發展和現狀

    1975年，IBM的設計師John Cocke研究了當時的IBM370CISC系統，發現其中占總指令數僅20%的簡單指令卻在程序調用中占了80%，而占指令數80%的復雜指令卻只有20%的機會用到。由此，他提出了RISC的概念。

    事實證明，RISC是成功的。80年代末，各公司的RISC CPU如雨后春筍般大量出現，占據了大量的市場。到了90年代，x86的CPU如pentium和k5也開始使用先進的RISC核心。

    RISC的最大特點是指令長度固定，指令格式種類少，尋址方式種類少，大多數是簡單指令且都能在一個時鐘周期內完成，易于設計超標量與流水線，寄存器數量多，大量操作在寄存器之間進行。由于下文所講的CPU核心大部分是講RISC核心，所以這里就不多介紹了，對于RISC核心的設計下面會詳細談到。

    RISC目前正如日中天，Intel的Itanium也將最終拋棄x86而轉向RISC結構。<