目錄

1、指令集

1.1 CISC

1.2?RISC

?1.3 CISC優缺點

?1.4 RISC優缺點

2、ARM架構與X86架構

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1、指令集

指令集可分為CISC（復雜指令集）與RISC（精簡指令集）

1.1 CISC

計算機處理器包含有實現各種功能的指令或微指令，指令集越豐富，為微處理器編寫程序就越容易，但是豐富的微指令集會影響其性能。復雜指令集計算機（CISC）體系結構的設計策略是使用大量的指令，包括復雜指令。與其他設計相比，在CISC中進行程序設計要比在其他設計中容易，因為每一項簡單或復雜的任務都有一條對應的指令。程序設計者不需要寫一大堆指令去完成一項復雜的任務。 但指令集的復雜性使得CPU和控制單元的電路非常復雜。

CISC包括一個豐富的微指令集，這些微指令簡化了在處理器上運行的程序的創建。指令由匯編語言所組成，把一些原來由軟件實現的常用的功能改用硬件的指令系統實現，編程者的工作因而減少許多，在每個指令期同時處理一些低階的操作或運算，以提高計算機的執行速度，這種系統就被稱為復雜指令系統。

在CISC指令集的各種指令中，其使用頻率卻相差懸殊，大約有20%的指令會被反復使用，占整個程序代碼的80%。而余下的80%的指令卻不經常使用，在程序設計中只占20%。

1.2?RISC

RISC(精簡指令集計算機) ，是一種執行較少類型計算機指令的微處理器，有一個簡化的指令集，該指令集提高處理器的效率但是需要有更復雜的外部程序。RISC結構優先選取使用頻最高的簡單指令，避免復雜指令；將指令長度固定，指令格式和尋地方式種類減少；以控制邏輯為主，不用或少用微碼控制等措施來提高運算速度。

RISC設計方案是根據John Cocke在IBM所做的工作形成的。John Cocke發現大約20%的計算機指令完成大約80%的工作。因此，基于RISC的系統通常比CISC系統速度快。

當然，和CISC架構相比較，盡管RISC架構有上述的優點，但不能認為RISC架構就可以取代CISC架構，事實上，RISC和CISC各有優勢，而且界限并不那么明顯。現代的CPU往往采用CISC的外圍，內部加入了RISC的特性，如超長指令集CPU就是融合了RISC和CISC的優勢，成為未來的CPU發展方向之一

綜上，CISC是依靠增加機器的硬件結構來滿足對計算機日益增加的性能要求。計算機結構的發展一直是被復雜性越來越高的處理機壟斷著，為了減少計算機操作與高級語言的差別，為了改善機器的運行特性，機器指令越來越多，指令系統也越來越復雜。

RISC技術的基本出發點就是通過精減機器指令系統來減少硬件設計的復雜程度，提高指令執行速度。在RISC中，計算機實際上每一個機器周期里都執行指令，無論簡單或復雜的操作，均由簡單指令的程序塊完成，具有較強的仿真能力。

?1.3 CISC優缺點

CISC的指令特征

使用微代碼。指令集可以直接在微代碼存儲器（比主存儲器的速度快很多）里執行，新設計的處理器，只需增加較少的電晶體就可以執行同樣的指令集，也可以很快地編寫新的指令集程序。

龐大的指令集。可以減少編程所需要的代碼行數，減輕程序員的負擔。高級語言對應的指令集：包括雙運算元格式、寄存器到寄存器、寄存器到存儲器以及存儲器到寄存器的指令。

CISC體系的優缺點

優點：能夠有效縮短新指令的微代碼設計時間，允許設計師實現 CISC 體系機器的向上兼容。新的系統可以使用一個包含早期系統的指令超集合，也就可以使用較早電腦上使用的相同軟件。另外微程序指令的格式與高級語言相匹配，因而編譯器并不一定要重新編寫。

缺點：指令集以及芯片的設計比上一代產品更復雜，不同的指令，需要不同的時鐘周期來完成，執行較慢的指令，將影響整臺機器的執行效率。

?1.4 RISC優缺點

RISC體系的指令特征

精簡指令集：包含了簡單、基本的指令，通過這些簡單、基本的指令，就可以組合成復雜指令。

同樣長度的指令：每條指令的長度都是相同的，可以在一個單獨操作里完成。

單機器周期指令：大多數的指令都可以在一個機器周期里完成，并且允許處理器在同一時間內執行一系列的指令。

RISC體系的優缺點

優點：在使用相同的芯片技術和相同運行時鐘下，RISC 系統的運行速度將是 CISC 的2～4倍。由于RISC處理器的指令集是精簡的，它的內存管理單元、浮點單元等都能設計在同一塊芯片上。RISC 處理器比相對應的 CISC 處理器設計更簡單，所需要的時間將變得更短，并可以比CISC處理器應用更多先進的技術，開發更快的下一代處理器。

缺點：多指令的操作使得程序開發者必須小心地選用合適的編譯器，而且編寫的代碼量會變得非常大。另外就是RISC體系的處理器需要更快的存儲器，這通常都集成于處理器內部，就是L1 Cache（一級緩存）。

2、ARM架構與X86架構

這一部分ARM與X86構架 - 百度文庫寫的很好，在此參考總結。

我們要明?CPU是?個執?部件，它之所以能執?，也是因為?們在??制作了執?各種功能的硬件電路，然后再??定的邏輯讓它按照?定的順序?作，這樣就能完成?們給它的任務。也就是說，如果把CPU看作?個?，?先它要有正常的?作能?（既執?能?），然后?有?夠的邏輯能?（能明?做事的順序），最后還要聽的懂別?的話（既指令集），才能正常?作。?這些集中在?起就構成了所謂的“架構”，它可以理解為?套“?具”、“?法”和“規范”的集合。不同的架構之間，?具可能不同，?法可能不同，規范也可能不同，這也造成了它們之間的不兼容——你給?個意?利泥?匠看?份中?寫成的烹飪指南，他當然不知道應該?什么了。?

從CPU發明到現在，有?常多種架構，從我們熟悉的X86，ARM，到不太熟悉的MIPS，IA64，它們之間的差距都?常?。但是如果從最基本的邏輯?度來分類的話，它們可以被分為兩?類，即所謂的“復雜指令集”與“精簡指令集”系統，也就是經常看到的“CISC”與“RISC”。

這兩種類中的各種架構之間最?的區別，在于它們的設計者考慮問題?式的不同。舉個例?，?如說我們要命令?個?吃飯，那么我們應該怎么命令呢？

1、我們可以直接對他下達“吃飯”的命令，

2、也可以命令他“先拿勺?，然后舀起?勺飯，然后張嘴，然后送到嘴?，最后咽下去”。

????????從這?可以看到，對于命令別?做事這樣?件事情，不同的?有不同的理解，有?認為，如果我?先給接受命令的?以?夠的訓練，讓他掌握各種復雜技能（即在硬件中實現對應的復雜功能），那么以后就可以??常簡單的命令讓他去做很復雜的事情（CISC）——?如只要說?句“吃飯”，他就會吃飯。但是也有?認為這樣會讓事情變的太復雜，畢竟接受命令的?要做的事情很復雜，如果你這時候想讓他吃菜怎么辦？我們可以把事情分為許多?常基本的步驟，這樣只需要接受命令的?懂得很少的基本技能，就可以完成同樣的?作，??是下達命令的?稍微累?點——?如現在我要他吃菜，只需要把剛剛吃飯命令?的“舀起?勺飯”改成“舀起?勺菜”，問題就解決了，多么簡單。

這就是“復雜指令集”和“精簡指令集”的邏輯區別。?前他們兩種指令集都在蓬勃發展，X86是復雜指令集（CISC）的代表，?ARM則是精簡指令集（RISC）的代表。

CISC：更加專注于?性能但同時?功耗的實現，RISC：則專注于?尺?低功耗領域。

實際上也有很多事情CISC更加合適，?另外?些事情則是RISC更加合適，?如在執??密度的運算任務的時候CISC就更具備優勢，?在執?簡單重復勞動的時候RISC就能占到上風，?如假設我們是在舉辦吃飯?賽，那么CISC只需要不停的喊“吃飯吃飯吃飯”就?了，?RISC則要?遍?遍重復吃飯流程，負責喊話的?如果嘴巴不夠快（即內存帶寬不夠?），那么RISC就很難吃的過CISC。但是如果我們只是要兩個?把飯舀出來，那么CISC就?煩得多，因為CISC?沒有這么簡單的舀飯動作，?RISC就只需要不停喊“舀飯舀飯舀飯”就OK。

如上所述，目前市面上CPU主要有兩大類，一類是以x86為代表的的復雜指令集系統，一類是以ARM為代表的精簡指令集系統，指令集方面x86架構的單條指令更長，表達的意義更多，功能更強，但各指令使用頻率相差大，硬件要求更復雜，后來發展起來的ARM架構單條指令更短，表達的意義更少，但使用頻率更高，硬件要求更簡單

?功耗方面，ARM相比于x86具有獨特優勢，ARM的設計從低功耗出發，節能效果更明顯，這也意味著ARM架構的產品具有系統穩定性高、產品體積小、電源成本低等優勢。

?正因為兩者在指令集、功耗上的不同特點，x86架構廣泛應用于桌面端，如計算機、服務器等。而ARM架構多應用于手持設備，如平板、手機等。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的传说中的ARM架构与X86架构的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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