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(lái)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(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)）的縮寫。其基本思想是:通過(guò)減少指令總數(shù)和簡(jiǎn)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(guò)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(kāi)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(jiǎn)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(yǔ)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(guò)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(lái)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(lái)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(yǔ)言的優(yōu)化
面向高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)化就是盡可能縮小高級(jí)語(yǔ)言與機(jī)器語(yǔ)言之間的語(yǔ)義差距，以利于支持高級(jí)語(yǔ)言編譯系統(tǒng)，縮短編譯程序的長(zhǎng)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(yǔ)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(jiǎn)化
1.RISC的開(kāi)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(jiǎn)指令集的思想。因此，我們說(shuō)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(kāi)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(shuō)是世界上早利用精簡(jiǎn)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(guó)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(guó)斯坦福大學(xué)的John Hennessy教授開(kāi)始了MIPS項(xiàng)目。以上四個(gè)的項(xiàng)目可以說(shuō)是RISC技術(shù)的四個(gè)主要技術(shù)來(lái)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(jué)的弊病就是指令集過(guò)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(guò)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(guò)分龐大，使高級(jí)語(yǔ)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(zhǎng)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(shì)必導(dǎo)致動(dòng)作繁多，設(shè)計(jì)復(fù)雜，使研制周期增長(zhǎng)。
（5）CISC給芯片設(shè)計(jì)帶來(lái)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(jiǎn)指令數(shù)量
（2）簡(jiǎn)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(guò)編譯技術(shù)的優(yōu)化來(lái)實(shí)現(xiàn)。
（3）超流水及超標(biāo)量技術(shù)這是RISC為了進(jìn)一步提高流水線速度而采用的新技術(shù)。
（4）硬線邏輯與微程序相結(jié)合在微程序技術(shù)中，微指令的格式可分為3類:水平型、垂直型、混合型。水平型微指令就能控制多種信息的并行傳送，具有執(zhí)行速度快、效率高、靈活性強(qiáng)、微程序短等優(yōu)點(diǎn)。垂直型微指令與機(jī)器碼指令類似，規(guī)整直觀，容易掌握，但效率低，速度慢?；旌闲蛣t在兩者之間。目前，大多數(shù)RISC芯片采用的微程序都是高度水平型的微指令或者是用毫微程序方式實(shí)現(xiàn)，以便減少或免去微指令的譯碼時(shí)間，直接控制通路操作來(lái)加快微指令的流水和解釋。