ARM体系结构：CISC vs RISC，精简指令降低CPI

ARM体系结构与编程——深入探讨CISC与RISC在ARM-TDMI中的对比 ARM处理器以其在嵌入式和移动设备领域的广泛应用而著名，它采用了两种主要的指令集架构：CISC（复杂指令集计算机）和RISC（精简指令集计算机）。ARM-TDMI文档提供了89张幻灯片，详细介绍了这两种架构的特点和优势。 首先，CISC以ARM-TDMI为例，强调了其拥有大量的指令和多种寻址方式，使得指令长度可以变化，旨在提供丰富的功能和优化。然而，80/20定律指出，大部分程序只需要少数常见指令就能完成，这导致了指令使用频度的不均衡。CISC的设计初衷是为了适应存储资源受限的情况，通过增强指令功能和微程序实现高级功能，但这也带来了指令控制逻辑复杂、执行周期较长的问题，特别是对于低频度和复杂的指令，不利于高速VLSI设计。此外，CISC倾向于软件编译优化，导致指令执行效率降低，不利于指令级并行技术和流水线技术的高效应用。 相反，RISC的核心理念是精简指令，只保留最常用的指令，并保持指令长度固定，从而简化硬件设计。采用Load/Store结构，指令格式标准化，简化了存储器访问，提高了数据通道的执行效率。RISC通过硬接线控制而非微程序控制，减少了控制逻辑的复杂性，使得平均执行周期显著缩短。例如，RISC架构的指令计数器通常小于CISC架构，CPI（指令周期数）也较低，约为CISC的20%。这使得RISC在性能和功耗方面有明显优势，如通过超标量、超流水线和VLIW（Very Long Instruction Word）等技术进一步降低CPI，甚至实现CPI<1的理想状态。 总结来说，ARM-TDMI文档深入剖析了CISC和RISC在指令集上的区别，展示了RISC如何通过精简指令、简化硬件设计和优化执行流程来提升处理器性能和能效，是理解现代ARM处理器设计的关键资料。通过学习这些内容，开发者能够根据项目需求选择合适的架构，优化代码执行效率。