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RISC

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RISC的英文全称是Reduced Instruction Set Computer，中文是精简指令集计算机。特点是所有指令的格式都是一致的，所有指令的指令周期也是相同的，并且采用流水线技术。

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RISC简介

　　RISC的英文全称是Reduced Instruction Set Computer，中文是精简指令集计算机。特点是所有指令的格式都是一致的，所有指令的指令周期也是相同的，并且采用流水线技术。在中高档服务器中采用RISC指令的CPU主要有Compaq（康柏，即新惠普）公司的Alpha、HP公司的PA-RISC、IBM公司的PowerPC、MIPS公司的MIPS和SUN公司的Sparc。

RISC百科

　　精简指令集，是计算机中央处理器的一种设计模式，也被称为RISC（Reduced Instruction Set Computing的缩写）。这种设计思路对指令数目和寻址方式都做了精简，使其实现更容易，指令并行执行程度更好，编译器的效率更高。常用的精简指令集微处理器包括DECAlpha、ARC、ARM、AVR、MIPS、PA-RISC、PowerArchitecture（包括PowerPC）和SPARC等。这种设计思路最早的产生缘自于有人发现，尽管传统处理器设计了许多特性让代码编写更加便捷，但这些复杂特性需要几个指令周期才能实现，并且常常不被运行程序所采用。此外，处理器和主内存之间运行速度的差别也变得越来越大。在这些因素促使下，出现了一系列新技术，使处理器的指令得以流水执行，同时降低处理器访问内存的次数。早期，这种指令集的特点是指令数目少，每条指令都采用标准字长、执行时间短、中央处理器的实现细节对于机器级程序是可见的。

　　优势

　　RISC和CISC是设计制造微处理器的两种典型技术，虽然它们都是试图在体系结构、操作运行、软件硬件、编译时间和运行时间等诸多因素中做出某种平衡，以求达到高效的目的，但采用的方法不同，因此，在很多方面差异很大，它们主要有：（1）指令系统：RISC设计者把主要精力放在那些经常使用的指令上，尽量使它们具有简单高效。对不常用的功能，常通过组合指令来完成。因此，在RISC机器上实现特殊功能时，效率可能较低。但可以利用流水技术和超标量技术加以改进和弥补。而CISC计算机的指令系统比较丰富，有专用指令来完成特定的功能。因此，处理特殊任务效率较高。（2）存储器操作：RISC对存储器操作有限制，使控制简单化；而CISC机器的存储器操作指令多，操作直接。（3）程序：CISC汇编语言程序一般需要较大的内存空间，实现特殊功能时程序复杂，不易设计；而RISC汇编语言程序编程相对简单，科学计算及复杂操作的程序设计相对容易，效率较高。（4）中断：RISC机器在一条指令执行的适当地方可以响应中断，但是相比CISC指令执行的时间短，所以中断响应及时；而CISC机器是在一条指令执行结束后响应中断。（5）CPU：RISC CPU包含有较少的单元电路，因而面积小、功耗低；而CISCCPU包含有丰富的电路单元，因而功能强、面积大、功耗大。（6）设计周期：RISC微处理器结构简单，布局紧凑，设计周期短，且易于采用最新技术；CISC微处理器结构复杂，设计周期长。（7）用户使用：RISC微处理器结构简单，指令规整，性能容易把握，易学易用；CISC微处理器结构复杂，功能强大，实现特殊功能容易。（8）应用范围：由于RISC指令系统的确定与特定的应用领域有关，故RISC机器更适合于专用机；而CISC机器则更适合于通用机。

　　结构特点

　　RISC是简化指令集计算机的简略缩写，其风格是强调计算机结构的简单性和高效性。RISC设计是从足够的不可缺少的指令集开始的。它的速度比那些具有传统复杂指令组计算机结构的机器快得多，而且RISC机由于其较简洁的设计，较易使用，故具有更短的研制开发周期。RISC结构一般具有如下的一些特点：

　　①单周期的执行：它统一用单周期指令。从根本上克服了CISC指令周期数有长有短，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：使指令在流水线中并行地操作，从而提高处理数据和指令的速度。③无微代码的硬连线控制：微代码的使用会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的效率，指令的格式必须趋于简单和固定的规式。比如指令采用16位或32位的固定的长度，并且指令中的操作码字段、操作数字段都尽可能具有统一的格式。此外，尽量减少寻址方式，从而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——寄存器操作指令，使指令系统更为精简。控制部件更为简化，指令执行速度大大提高。由于VLSI技术的迅速发展，使得在一个芯片上做大量的寄存器成为可能。这也促成了RISC结构的实现。⑥采用装入/存储指令结构：在CISC结构中。大量设置存储器——存储器操作指令，频繁地访问内存，将会使执行速度降低。RISC结构的指令系统中，只有装入/存储指令可以访问内存，而其它指令均在寄存器之间对数据进行处理。用装入指令从内存中将数据取出，送到寄存器；在寄存器之间对数据进行快速处理，并将它暂存在那里，以便再有需要时。不必再次访问内存。在适当的时候，使用一条存储指令再将这个数据送回内存。采用这种方法可以提高指令执行的速度。⑦注重编译的优化，力求有效地支撑高级语言程序。通常使用的单片机中，MCS一51系列的单片机属于CISC的体系结构；AVR系列的单片机则属于RISC的体系结构。

　　RISC和x86两种架构平台在关键业务市场对决

　　随着服务器市场的产业格局在发生变化，服务器厂商正在改变以出货量为目标的增长方式。低端服务器市场正在日趋饱和，而以四路及以上中高端服务器市场正在成为厂商的焦点。这种趋势在英特尔正式发布至强E7 v2处理器后更为明显。

　　凭借新至强E7 v2处理器，新的x86多路服务器在关键业务应用领域，无论在可靠性、稳定性和安全性等关键技术指标方面，将有能力与RISC架构小型机一较高低。英特尔的众多合作伙伴也纷纷推出基于至强E7 v2的新品服务器产品。

　　而且一个突出的新特点的就是这次英特尔合作伙伴推出的新品大部分集中于四路及以上服务器产品，服务器应用场景也集中于行业关键业务应用市场。产品的主打买点基本都是借助至强E7 v2的双倍性能提升、三倍内存扩容以及四倍的I/O增容，服务器新品也旨在满足诸如数据分析、商业智能以及高性能运算等应用的需求，在这类应用中性能、可靠性和大容量内存都是用户的关键需求。

　　华为在上周发布了新一代四路和八路关键业务服务器，包括四路机架RH5885H V3、八路机架RH8100 V3和基于E9000融合基础架构的四路刀片CH242 V3。市场调查数据显示，2013年华为四路和八路服务器为2012年同期发货量的6倍。整体x86服务器市场上，2013年全年华为服务器出货量位列全球第四，在中国市场华为服务器发货量仅次于戴尔，稳居第二。

　　其中华为与SAP合作的HANA一体机更是将华为服务器推向一个新的高度。华为RH5885 V2服务器是国内厂商中率先通过SAP HANA认证的产品。2014年2月18号，SAP网站公布了基于新一代至强E7 v2处理器的SAP HANA硬件认证，华为RH5585H V3为首批获得认证的三款产品之一。

　　种种迹象显示，英特尔正在将x86产品的定位转移到新的战场，那就是RISC架构长期占据的关键业务应用市场。在关键业务市场，一直是RISC架构的小型机占据主导地位。以IBM小型机为代表的厂商在宣传的时候也是将x86定位只能承担标准的服务器工作负载而不能应对关键业务应用，但是英特尔不甘心将x86架构局限于标准工作负载平台。

　　在此次新的英特尔至强E7 v2处理器中，英特尔给x86架构融入了更多的RAS特性以及内存计算特性，这样x86架构也能承担关键业务。英特尔可靠运行技术Intel Run Sure Technology专用于支持对于核心业务数据至关重要的五个九解决方案，能够显著降低计划内和计划外宕机的频次与成本。

　　在英特尔切入到传统小型机占据的关键业务市场后，IBM并没有坐视不理。在IBM把x86产品线卖给联想后，Power架构平台已经成为IBM首要发展的业务。早在2012年，IBM就推出了天合计划。依托该计划向市场推出天合应用服务器，IBM推出天合计划的目的为企业用户提供可替代的x86解决方案。2013年5月，IBM在北京成立全球首个IBM Power Systems Linux中心。2013年9月，IBM再次为Linux投资10亿美元，专门用于支持Power Linux的发展。

　　2013年8月，IBM宣布成立OpenPOWER基金会，IBM将向第三方合作伙伴提供Power架构授权，目标是促进以往主要用于高端服务器的Power架构的软硬件开发。进入2014年以来，IBM宣布三星电子已经加入OpenPOWER基金会。而就在上个月，两家中国企业宣布加入OpenPOWER基金会，它们是苏州中晟宏芯信息科技有限公司和江苏产业技术国际研究院。IBM如此密集的拉拢厂商加入OpenPower联盟，彰显了IBM大力发展Power生态圈的决心。

　　IBM不光在Power架构开放性上下功夫，在今年IBM也将发布Power 8处理器。Power 8处理器的特性和接口上都做了很大的变动，最大的变化就是开放性。比如Power 8晶圆上整合的PCI-E 3.0插槽提供CAPI（Coherence Attach Processor Interface）接口连接外部组件。CAPI有助于连接第三方厂商的硬件，如图像图像卡、存储设备以及客户话的定制芯片，如FPEA（可编程门阵列）卡、ASIC卡等。ACPI也让服务器厂商现货供应Power系统变得更加简单，类似于目前的白牌服务器。

　　Power 8另外一个惊人之举在于IBM对PCI-E 3.0标准的支持，并承认其连接速度超过此前Power 7系统所采用的专有内部连接。Oracle SPARC M6也开始采用PCI-E 3.0。这样IBM就可以和英特尔至强E7 v2处理器展开竞争。

　　IBM和英特尔都在拓展自己产品的应用场景，两家公司已经进入对方的市场，双方的对决不可避免。决定胜败的关键是生态圈和合作伙伴。传统的x86服务器市场正在发生变化，那就是x86服务器市场构成向中高端产品转移。毕竟，我们也知道低端x86服务器的利润率已经非常低，而中高端x86服务器市场正在成为服务器厂商的主要利润来源。x86服务器市场正在面临分化，随之而来的是以RISC架构为代表的小型机市场正在受到x86架构服务器的冲击。英特尔也在努力改变x86架构只能承载标准工作负载的角色，关键业务应用也是x86架构能否承载的。

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开源的处理器？这台国产 RISC-V 架构单板电脑表现如何

#硬声创作季计算机组成与CPU设计实验：流水线微架构的RISC-V指令执行

#微处理器与嵌入式系统设计 CISC与RISC控制器的差别

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