1.指令集發(fā)展的兩個(gè)途徑
（1）CISC途徑CISC是Complex Instruction Set Computer（復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)）的縮寫。它的基本思想是:進(jìn)一步增強(qiáng)原有指令的功能，用更為復(fù)雜的新指令取代原先由軟件子程序完成的功能，實(shí)現(xiàn)軟件功能的硬化。這是一種傳統(tǒng)的發(fā)展方向，早在50年代就已采用。這種途徑必然導(dǎo)致機(jī)器的指令系統(tǒng)越來越龐大而復(fù)雜。事實(shí)上，目前使用的絕大多數(shù)計(jì)算機(jī)都屬于CISC類型。
（2）RISC途徑RISC是Reduced Instruction Set Computer（精簡指令集計(jì)算機(jī)）的縮寫。其基本思想是:通過減少指令總數(shù)和簡化指令功能，降低硬件設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，使指令能單周期執(zhí)行，并通過優(yōu)化編譯，提高指令的執(zhí)行速度。這是一種革新的發(fā)展方向，在70年代末才開始興起。這種途徑必然導(dǎo)致機(jī)器的指令系統(tǒng)進(jìn)一步精煉而簡單。
2.面向目標(biāo)代碼的優(yōu)化
為了提高目標(biāo)程序的實(shí)現(xiàn)效率，人們對(duì)大量的機(jī)器語言目標(biāo)代碼及其執(zhí)行情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。對(duì)程序中出現(xiàn)的各種指令以及指令串進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得到的百分比稱為靜態(tài)使用頻度。在程序執(zhí)行過程中對(duì)出現(xiàn)的各種指令以及指令串進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得到的百分比稱為動(dòng)態(tài)使用頻度。按靜態(tài)使用頻度來改進(jìn)目標(biāo)代碼可減少目標(biāo)程序所占的存儲(chǔ)空間。按動(dòng)態(tài)使用頻度來改進(jìn)目標(biāo)代碼可減少目標(biāo)程序運(yùn)行的執(zhí)行時(shí)間。大量統(tǒng)計(jì)表明，動(dòng)態(tài)和靜態(tài)使用頻度兩者非常接近，常用的指令是存、取、條件轉(zhuǎn)移等。對(duì)它們加以優(yōu)化，既可以減少程序所需的存儲(chǔ)空間，又可以提高程序的執(zhí)行速度。
3.面向高級(jí)語言的優(yōu)化
面向高級(jí)語言的優(yōu)化就是盡可能縮小高級(jí)語言與機(jī)器語言之間的語義差距，以利于支持高級(jí)語言編譯系統(tǒng)，縮短編譯程序的長度和編譯所需的時(shí)間。
4.面向操作系統(tǒng)的優(yōu)化
面向操作系統(tǒng)的優(yōu)化就是進(jìn)一步縮小操作系統(tǒng)與體系結(jié)構(gòu)之間的語義差距，以利于減少操作系統(tǒng)運(yùn)行所需的輔助時(shí)間，節(jié)省操作系統(tǒng)軟件所占用的存儲(chǔ)空間。操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)依賴于體系結(jié)構(gòu)對(duì)它的支持。許多傳統(tǒng)機(jī)器指令例如算術(shù)邏輯指令、字符編輯指令、移位指令、控制轉(zhuǎn)移指令等，都可用于操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。此外，還有相當(dāng)一部分指令是專門為實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)的各種功能而設(shè)計(jì)的。
（四） 指令集的精簡化
1.RISC的開拓性工作
（1）1967年Seymour Cray在研制CDC-6600時(shí)，事實(shí)上他就已經(jīng)采用了精簡指令集的思想。因此，我們說他的工作是RISC思想的先驅(qū)。
（2）IBM801項(xiàng)目1975年IBM的沃森研究中心開始了對(duì)復(fù)雜指令系統(tǒng)是否合理的研究，稱為801項(xiàng)目。到1979年研制成32位的IBM801小型計(jì)算機(jī)，該機(jī)只有120條指令，速度達(dá)到10MIPS，這可以說是世界上早利用精簡指令思想研制成的計(jì)算機(jī)。
（3）伯克利的RISC項(xiàng)目1980年美國加州大學(xué)伯克利分校的David Patterson教授領(lǐng)導(dǎo)了RISC項(xiàng)目。RISC這一縮寫正是Patterson在伯克利講課時(shí)首先使用的。
（4）斯坦福的MIPS項(xiàng)目1981年美國斯坦福大學(xué)的John Hennessy教授開始了MIPS項(xiàng)目。以上四個(gè)的項(xiàng)目可以說是RISC技術(shù)的四個(gè)主要技術(shù)來源，它們?yōu)镽ISC技術(shù)奠定了基礎(chǔ)2.CISC的主要弊病
（1）CISC的直覺的弊病就是指令集過分龐雜。
（2）微程序技術(shù)是CISC的重要支柱。每條復(fù)雜指令都要通過執(zhí)行一段解釋性微程序才能完成，這就需要多個(gè)CPU周期，從而降低了機(jī)器的處理速度。
（3）由于指令系統(tǒng)過分龐大，使高級(jí)語言編譯程序選擇目標(biāo)指令的范圍很大，并使編譯程序本身冗長而復(fù)雜，從而難以優(yōu)化編譯使之生成真正高效的目標(biāo)代碼。
（4）CISC強(qiáng)調(diào)完善的中斷控制，勢必導(dǎo)致動(dòng)作繁多，設(shè)計(jì)復(fù)雜，使研制周期增長。
（5）CISC給芯片設(shè)計(jì)帶來很多困難，使芯片種類增多，出錯(cuò)幾率增大，成本提高而成品率降低。
3.RISC的基本特征
（1）精簡指令數(shù)量
（2）簡化指令格式
（3）采用單周期指令
（4）采用寄存器操作
（5）硬線控制邏輯
（6）優(yōu)化編譯程序
4.RISC的關(guān)鍵技術(shù)
（1）重疊寄存器窗口技術(shù)在伯克利的RISC項(xiàng)目中，首先采用了重疊寄存器窗口（overlapping register windows）技術(shù)。
（2）優(yōu)化編譯技術(shù)RISC使用了大量的寄存器，如何合理分配寄存器、提高寄存器的使用效率，減少訪存次數(shù)等，都應(yīng)通過編譯技術(shù)的優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)。
（1）CISC途徑CISC是Complex Instruction Set Computer（復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)）的縮寫。它的基本思想是:進(jìn)一步增強(qiáng)原有指令的功能，用更為復(fù)雜的新指令取代原先由軟件子程序完成的功能，實(shí)現(xiàn)軟件功能的硬化。這是一種傳統(tǒng)的發(fā)展方向，早在50年代就已采用。這種途徑必然導(dǎo)致機(jī)器的指令系統(tǒng)越來越龐大而復(fù)雜。事實(shí)上，目前使用的絕大多數(shù)計(jì)算機(jī)都屬于CISC類型。
（2）RISC途徑RISC是Reduced Instruction Set Computer（精簡指令集計(jì)算機(jī)）的縮寫。其基本思想是:通過減少指令總數(shù)和簡化指令功能，降低硬件設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，使指令能單周期執(zhí)行，并通過優(yōu)化編譯，提高指令的執(zhí)行速度。這是一種革新的發(fā)展方向，在70年代末才開始興起。這種途徑必然導(dǎo)致機(jī)器的指令系統(tǒng)進(jìn)一步精煉而簡單。
2.面向目標(biāo)代碼的優(yōu)化
為了提高目標(biāo)程序的實(shí)現(xiàn)效率，人們對(duì)大量的機(jī)器語言目標(biāo)代碼及其執(zhí)行情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。對(duì)程序中出現(xiàn)的各種指令以及指令串進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得到的百分比稱為靜態(tài)使用頻度。在程序執(zhí)行過程中對(duì)出現(xiàn)的各種指令以及指令串進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得到的百分比稱為動(dòng)態(tài)使用頻度。按靜態(tài)使用頻度來改進(jìn)目標(biāo)代碼可減少目標(biāo)程序所占的存儲(chǔ)空間。按動(dòng)態(tài)使用頻度來改進(jìn)目標(biāo)代碼可減少目標(biāo)程序運(yùn)行的執(zhí)行時(shí)間。大量統(tǒng)計(jì)表明，動(dòng)態(tài)和靜態(tài)使用頻度兩者非常接近，常用的指令是存、取、條件轉(zhuǎn)移等。對(duì)它們加以優(yōu)化，既可以減少程序所需的存儲(chǔ)空間，又可以提高程序的執(zhí)行速度。
3.面向高級(jí)語言的優(yōu)化
面向高級(jí)語言的優(yōu)化就是盡可能縮小高級(jí)語言與機(jī)器語言之間的語義差距，以利于支持高級(jí)語言編譯系統(tǒng)，縮短編譯程序的長度和編譯所需的時(shí)間。
4.面向操作系統(tǒng)的優(yōu)化
面向操作系統(tǒng)的優(yōu)化就是進(jìn)一步縮小操作系統(tǒng)與體系結(jié)構(gòu)之間的語義差距，以利于減少操作系統(tǒng)運(yùn)行所需的輔助時(shí)間，節(jié)省操作系統(tǒng)軟件所占用的存儲(chǔ)空間。操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)依賴于體系結(jié)構(gòu)對(duì)它的支持。許多傳統(tǒng)機(jī)器指令例如算術(shù)邏輯指令、字符編輯指令、移位指令、控制轉(zhuǎn)移指令等，都可用于操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。此外，還有相當(dāng)一部分指令是專門為實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)的各種功能而設(shè)計(jì)的。
（四） 指令集的精簡化
1.RISC的開拓性工作
（1）1967年Seymour Cray在研制CDC-6600時(shí)，事實(shí)上他就已經(jīng)采用了精簡指令集的思想。因此，我們說他的工作是RISC思想的先驅(qū)。
（2）IBM801項(xiàng)目1975年IBM的沃森研究中心開始了對(duì)復(fù)雜指令系統(tǒng)是否合理的研究，稱為801項(xiàng)目。到1979年研制成32位的IBM801小型計(jì)算機(jī)，該機(jī)只有120條指令，速度達(dá)到10MIPS，這可以說是世界上早利用精簡指令思想研制成的計(jì)算機(jī)。
（3）伯克利的RISC項(xiàng)目1980年美國加州大學(xué)伯克利分校的David Patterson教授領(lǐng)導(dǎo)了RISC項(xiàng)目。RISC這一縮寫正是Patterson在伯克利講課時(shí)首先使用的。
（4）斯坦福的MIPS項(xiàng)目1981年美國斯坦福大學(xué)的John Hennessy教授開始了MIPS項(xiàng)目。以上四個(gè)的項(xiàng)目可以說是RISC技術(shù)的四個(gè)主要技術(shù)來源，它們?yōu)镽ISC技術(shù)奠定了基礎(chǔ)2.CISC的主要弊病
（1）CISC的直覺的弊病就是指令集過分龐雜。
（2）微程序技術(shù)是CISC的重要支柱。每條復(fù)雜指令都要通過執(zhí)行一段解釋性微程序才能完成，這就需要多個(gè)CPU周期，從而降低了機(jī)器的處理速度。
（3）由于指令系統(tǒng)過分龐大，使高級(jí)語言編譯程序選擇目標(biāo)指令的范圍很大，并使編譯程序本身冗長而復(fù)雜，從而難以優(yōu)化編譯使之生成真正高效的目標(biāo)代碼。
（4）CISC強(qiáng)調(diào)完善的中斷控制，勢必導(dǎo)致動(dòng)作繁多，設(shè)計(jì)復(fù)雜，使研制周期增長。
（5）CISC給芯片設(shè)計(jì)帶來很多困難，使芯片種類增多，出錯(cuò)幾率增大，成本提高而成品率降低。
3.RISC的基本特征
（1）精簡指令數(shù)量
（2）簡化指令格式
（3）采用單周期指令
（4）采用寄存器操作
（5）硬線控制邏輯
（6）優(yōu)化編譯程序
4.RISC的關(guān)鍵技術(shù)
（1）重疊寄存器窗口技術(shù)在伯克利的RISC項(xiàng)目中，首先采用了重疊寄存器窗口（overlapping register windows）技術(shù)。
（2）優(yōu)化編譯技術(shù)RISC使用了大量的寄存器，如何合理分配寄存器、提高寄存器的使用效率，減少訪存次數(shù)等，都應(yīng)通過編譯技術(shù)的優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)。