1.2 精簡指令集計算機與復雜指令集計算機

學習嵌入式系統，必須要提到兩組與電子計算機架構和體系結構相關的概念，一組是精簡指令集計算機（Reduced Instruction Set Computer，RISC）和復雜指令集計算機（Complex Instruction Set Computer，CISC），另一組是普林斯頓結構和哈佛結構。我們首先來了解一下RISC和CISC。

RISC和CISC是當前微處理器使用的兩種基本架構，它們的區別在于使用了不同的CPU設計理念和方法。

顧名思義，采用復雜指令集的處理器結構比較復雜，指令系統比較豐富，有專用指令來完成特定的運算，因此處理復雜運算的效率較高。但由于CISC處理器的結構復雜，帶來的副作用是價格和功耗較高。典型的CISC處理器包括英特爾的X86架構處理器以及8051單片機。

在CISC處理器中，各種指令的使用率相差懸殊，一個典型程序運算所使用的80%的指令往往只占到整個處理器指令系統的20%，在實際運行中使用最頻繁的是存取指令和加法指令等簡單指令。CISC處理器的復雜結構只是為了少數使用率不高的復雜運算指令服務，這顯然是不劃算的，于是RISC處理器應運而生。

同樣從字面理解，采用精簡指令集的處理器結構比較簡單，對應的指令較少，容易實現單周期指令，適合處理簡單的數學和邏輯運算。RISC把主要精力放在那些經常使用的指令上，盡量使它們簡單高效。對不常用的復雜運算，通常采用指令組合來完成，因此在RISC處理器中進行復雜運算時效率可能較低，但可以利用流水線技術加以彌補。

從硬件角度來看，CISC處理的是不等長指令集，它必須對不等長指令進行分割，在執行單一指令的時候需要進行較多的處理工作；而RISC執行的是等長指令集，CPU在執行指令的時候速度較快且性能穩定。在并行處理方面，RISC明顯優于CISC，RISC可同時執行多條指令，將一條指令分割成若干個進程或線程，交由多個處理器同時執行。

由于RISC執行的是精簡指令集，對應的處理器硬件結構相對而言復雜度不高，所以它的制造工藝簡單且成本相對低廉。

目前CISC與RISC正在逐步走向融合，Pentium Pro芯片就是一個最典型的例子，它的內核基于RISC架構，處理器在運行CISC指令時將其分解成RISC指令，以便在同一時間內能夠執行多條指令。