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四、按CPU指令集分类

(一)复杂指令集

复杂指令集(complex instruction set computing,CISC)是一种微处理器指令集架构,每个指令可执行若干低阶操作,如从记忆体读取、储存和计算操作,全部集于单一指令中。
复杂指令集的特点是指令数目多而复杂,每条指令字长不等。CISC微处理器中程序的各条指令按顺序串行执行,每条指令中的各个操作同样按顺序串行执行。顺序执行的优点是控制简单,但计算机各部分的利用率不高,执行速度慢。例如Intel x86-32、x86-64系列均属CISC范畴。

(二)精简指令集

精简指令集(reduced instruction set computing, RISC)是一种执行较少类型计算机指令的微处理器,与复杂指令集相对。
RISC起源于20世纪80年代的MIPS主机(即RISC机),RISC机采用的微处理器统称RISC处理器,强调计算机结构的简单性和高效性。RISC设计从足够的不可缺少的指令集开始,速度比具有传统复杂指令组计算机结构的机器快许多。RISC机设计较简洁、易使用,故具有更短的研制开发周期。
RISC结构一般具有如下特点:①单周期执行。统一使用单周期指令,从根本上克服了CISC指令周期数不同,造成运行中偶发性不确定,致使运行失常的问题。②采用高效的流水线操作。指令在流水线中并行操作,从而提高处理数据和指令的速度。③无微代码硬连线控制。微代码的使用将增加复杂性和每条指令的执行周期。④指令格式的规格化和简单化。为与流水线结构相适应且提高流水线效率,指令格式必须趋于简单和固定。此外,应尽量减少寻址方式使硬件逻辑部件简化且缩短译码时间,同时也提高了机器执行效率和可靠性。⑤采用面向寄存器堆的指令。RISC结构采用大量的寄存器操作指令,使指令系统更为精简,控制部件更为简化,指令执行速度大幅提高。由于VLSI技术的迅速发展,使在一个芯片上做大量寄存器成为可能,促成了RISC结构的实现。⑥采用装入/存储指令结构。CISC结构中大量设置存储器,存储器操作指令频繁访问内存,使执行速度降低。RISC结构的指令系统中只有装入/存储指令才可访问内存,其他指令均在寄存器之间对数据处理,该种方法的采用可以提高指令的执行速度。

(三)显式并行指令集

显式并行指令运算(explicitly parallel instruction computing,EPIC)是一种由HP和Intel联合开发的指令集架构。EPIC允许处理器根据编译器调度并行执行指令而无需增加硬件复杂性,架构由超长指令字架构发展而来,并做大量改进。
指令中有3位用来指示上一条运算指令是否与下一条指令有相关性、是否要等上一条指令运行完毕后才可运行下一条。如果没有相关性,则两条指令可同时由不同的CPU节点处理,该种方式显著提高了CPU并行运算的效率。
EPIC成为IA-64架构(与IA-32对应)的基础,是Intel与惠普共同开发的纯64位微处理器,Intel的安腾(Itanium)系统处理器采用了此种架构。