第二章计算机指令集结构指令集结构是系统结构的主要内容之一其功能设计实际上就是确定软硬件功能分配。本章主要介绍CISC和RISC指令集结构的功能设计，重点学习典型的RISC指令集结构：MIPS。其余内容要求自学
第二章 计算机指令集结构 ◼ 指令集结构是系统结构的主要内容之一， 其功能设计实际上就是确定软/硬件功能 分配。 ◼ 本章主要介绍CISC和RISC指令集结构 的功能设计，重点学习典型的RISC指令 集结构：MIPS。 ◼ 其余内容要求自学
2.1CISC计算机和RISC计算机一．计算机系统结构设计思想的转变1.CISC的设计思想由于软硬件的局限，特别是存储器，当初人们普遍认为计算机的指令越丰富越好。在R-R，R-M，M-M三种指令中，M-M被认为效率最高！工艺技术发展后，问题出现了
2.1 CISC计算机和RISC计算机 一. 计算机系统结构设计思想的转变 1. CISC的设计思想 ◼ 由于软硬件的局限，特别是存储器，当初人 们普遍认为计算机的指令越丰富越好。在RR，R-M，M-M三种指令中，M-M被认为效 率最高！ ◼ 工艺技术发展后，问题出现了
2.1 CISC计算机和RISC计算机2. CISC指令系统的问题1）20%与80%定律：一个指令系统中大约20%的指令是经常被使用的，所占比例约为全部程序的80%：而剩下的80%指令很少被用到，只占全部程序的20%。把大量不经常使用的复杂指令设计在微程序控制器中，增加了控制器的设计难度。2）编译难度的增加和译码时间的延长单纯通过增加指令的复杂性已不能再提高程序的执行速度了。3）VLSI技术进步提供的机遇CPU内部只用布线逻辑可以实现基本指令控制。VLSI对规整的电路设计和制作特别有利。有利于增加大量寄存器
2.1 CISC计算机和RISC计算机 2. CISC指令系统的问题 1）20%与80%定律： 一个指令系统中大约20%的指令是经常被使用的，所占比 例约为全部程序的80%；而剩下的80%指令很少被用到， 只占全部程序的20%。把大量不经常使用的复杂指令设计 在微程序控制器中，增加了控制器的设计难度。 2）编译难度的增加和译码时间的延长 单纯通过增加指令的复杂性已不能再提高程序的执行速度 了。 3）VLSI技术进步提供的机遇 CPU内部只用布线逻辑可以实现基本指令控制。VLSI对规 整的电路设计和制作特别有利。有利于增加大量寄存器
2.1CISC计算机和RISC计算机二.RISC计算机1.RISC的特点：1精简指令系统及其结构，仅保留使用频率高的指令。2）不设（或尽量少用）微程序控制器，由硬连逻辑直接译码。3）使用大量的通用寄存器。4）由于精简指令系统一般是由频率高的简单指令组成。易于实现优化编译和流水线技术
2.1 CISC计算机和RISC计算机 二. RISC计算机 1. RISC的特点： 1）精简指令系统及其结构，仅保留使用频率高 的指令。 2）不设（或尽量少用）微程序控制器，由硬连 逻辑直接译码。 3）使用大量的通用寄存器。 4）由于精简指令系统一般是由频率高的简单指 令组成。易于实现优化编译和流水线技术
2.RISC计算机与CISC计算机的比较CISCRISC特征IBMVAXINTELSPARCMIPS80486R4000197819871991开发年份19731989指令数量2-6指今长(B)2.-571-11寻址方式LLA简化寻址方式。和存储器相关的指令只有通用LOAD/STORE。寄存器控制存储器取消控制存储器。改用硬连布线逻辑。空出的物Cache理地方正好放大量的寄存器(KB)
2. RISC计算机与CISC计算机的比较 CISC RISC 特征 IBM VAX INTEL 80486 SPARC MIPS R4000 开发年份 1973 1978 1989 1987 1991 指令数量 指令长(B) 2-6 2-57 1-11 寻址方式 通用 寄存器 120-136 控制 存储器 KB KB KB — — Cache (KB) 指令数量明显减少，长度等长。利于流水线的设计 和工作效率提高。使绝大部分指令都能在1个时钟 周期内执行完成-这是RISC技术的一个基本的目标。 简化寻址方式。和存储器相关的指令只有 LOAD/STORE。 取消控制存储器。改用硬连布线逻辑。空出的物 理地方正好放大量的寄存器