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知识路径： > 计算机系统基础知识 > 计算机体系结构 > CISC、RISC、流水线技术和超标量等 > 指令系统 >
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被考次数：5次
被考频率：中频率
总体答错率：34%
知识难度系数： 
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考试要求：掌握
相关知识点：3个
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（1）复杂指令集计算机（Complex Instruction Set Computer，CISC）的基本思想是进一步增强原有指令的功能，用更为复杂的新指令取代原先由软件子程序完成的功能，实现软件功能的硬化，导致机器的指令系统越来越庞大、复杂。事实上，目前使用的绝大多数计算机都属于CISC类型。
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②微程序技术是CISC的重要支柱，每条复杂指令都要通过执行一段解释性微程序才能完成，这就需要多个CPU周期，从而降低了机器的处理速度。
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③由于指令系统过分庞大，使高级语言编译程序选择目标指令的范围很大，并使编译程序本身冗长、复杂，从而难以优化编译使之生成真正高效的目标代码。
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④CISC强调完善的中断控制，势必导致动作繁多、设计复杂、研制周期长。
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⑤CISC给芯片设计带来很多困难，使芯片种类增多，出错几率增大，成本提高而成品率降低。
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（2）精简指令集计算机（Reduced Instruction Set Computer，RISC）的基本思想是通过减少指令总数和简化指令功能降低硬件设计的复杂度，使指令能单周期执行，并通过优化编译提高指令的执行速度，采用硬布线控制逻辑优化编译程序。RISC在20世纪70年代末开始兴起，导致机器的指令系统进一步精炼而简单。
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①重叠寄存器窗口技术。在伯克利的RISC项目中首先采用了重叠寄存器窗口（overlapping register windows）技术。其基本思想是在处理机中设置一个数量比较大的寄存器堆，并把它划分成很多个窗口。每个过程使用其中相邻的3个窗口和一个公共的窗口，而在这些窗口中有一个窗口是与前一个过程共用，还有一个窗口是与下一个过程共用的。与前一过程共用的窗口可以用来存放前一过程传送给本过程的参数，同时也存放本过程传送给前一过程的计算结果。同样，与下一过程共用窗口可以用来存放本过程传送给下一过程的参数和存放下一过程传送给本过程的计算结果。
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②优化编译技术。RISC使用了大量的寄存器，如何合理地分配寄存器、提高寄存器的使用效率及减少访存次数等，都应通过编译技术的优化来实现。
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③超流水及超标量技术。为了进一步提高流水线速度而采用的技术。
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（3）优化。为了提高目标程序的实现效率，人们对大量的机器语言目标代码及其执行情况进行了统计。对程序中出现的各种指令以及指令串进行统计得到的百分比称为静态使用频度。在程序执行过程中，对出现的各种指令以及指令串进行统计得到的百分比称为动态使用频度。按静态使用频度来改进目标代码可减少目标程序所占的存储空间，按动态使用频度来改进目标代码可减少目标程序运行的执行时间。大量统计表明，动态和静态使用频度两者非常接近，最常用的指令是存、取、条件转移等。对它们加以优化，既可以减少程序所需的存储空间，又可以提高程序的执行速度。
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面向高级程序语言的优化思路是尽可能缩小高级语言与机器语言之间的语义差距，以利于支持高级语言编译系统，缩短编译程序的长度和编译所需的时间。
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面向操作系统的优化思路是进一步缩小操作系统与体系结构之间的语义差距，以利于减少操作系统运行所需的辅助时间，节省操作系统软件所占用的存储空间。操作系统的实现依赖于体系结构对它的支持。许多传统机器指令，例如算术逻辑指令、字符编辑指令、移位指令和控制转移指令等，都可用于操作系统的实现。此外，还有相当一部分指令是专门为实现操作系统的各种功能而设计的。
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