RISC体系结构特点及其关键技术

 RISC的英文全称为“Reduced Instruction Set Computing”，中文即“精简指令集”，它的指令系统相对简单，它只要求硬件执行很有限且最常用的那部分指令，大部分复杂的操作则使用成熟的编译技术，由简单指令合成。

卡内基梅隆大学这样定义RISC的特点为：
1、大多数指令在单周期内完成
2、采用LOAD/STORE结构。因为访问存储器指令所需要的时间比较长，在指令系统中要尽量减少这类指令，所以RISC指令中只保留不可再少的LOAD/STORE两种存储器访问指令。
3、硬布线控制逻辑。使得大多数指令在单周期内执行完成，以减少为程序技术中的指令解释开销。
4、减少指令和寻址方式的种类
5、固定的指令格式
6、译码优化

其实目前RISC还具有以下特点
1、面向寄存器结构
2、注重提高流水线的执行效率，尽量让减少流水线断流，提高流水线效率
3、优化编译技术

下面介绍一下RISC中的关键技术
1、延时转移技术：
在RISC处理机中采用流水线工作方式，取指令和执行指令并行工作，那么当遇到条件转移指令时，流水线可能断流。为了尽量保证流水线的执行效率，在转移指令之后插入一条有效的指令，而转移指令好像被延时了，这样了技术即为延迟转移技术。通常指令序列的调整由编译器自动进行。需要注意的是：调整指令序列是不能改变原有程序的数据关系；被移动的指令不破坏机器的条件码。

2、指令取消技术
由于采用指令延迟技术中，遇到条件转移指令时，调整指令序列比较困难，采用了指令取消技术。所有转移指令和数据变换指令都可以决定待执行指令是否应该取消。为了提高执行效率，采用取消规则为：如果向后转移（转移的目标地址小雨当前程序计数器PC值），则转移不成功时取消下一条指令，否则执行下一条指令；如果向前转移，则相反，在转移不成功时执行下一条指令，否则取消。

3、重叠寄存器窗口技术
由于RISC的指令系统比较简单，通常采用一段子程序来实现。因此RISC中的CALL和RETURN非常多，而且都需要通过堆栈操作保存前一过程指针、数据等。为了尽量减少因为CALL和RETURN操作访问存储器的量，提出了重叠寄存器窗口技术。基本思想：在处理器中设置一个数量较大的寄存器堆，并划分成窗口。每个过程使用其中的三个窗口和一个公共窗口，而在这些窗口中有一个窗口式前一个过程公用的，还有一个窗口是与后一个过程共用。与前一过程公用的窗口可以用来存放前一过程传递被本过程的参数。

4、指令流水调整技术
为了保持指令流水线高效率，不断流，优化编译器必须分析程序的数据流和控制流。当发现指令有断流可能时，要调整指令顺序。有些可以通过变量重命名来消除的数据相关，要尽量消除。例如：
ADD R1,R2,R3; (R1)+(R2)->R3
ADD R3,R4,R5; (R3)+(R4)->R5
MUL R6,R7,R3; (R6)*(R7)->R3
MUL R3,R8,R9; (R3)*(R8)->R9
调整指令后
ADD R1,R2,R3; 
MUL R6,R7,R0; 
ADD R3,R4,R5; 
MUL R0,R8,R9; 
调整指令后，速度可以提高一倍

5、硬件为主固件为辅
指令系统采用为程序实现的优点：便于实现复杂指令，便于修改指令系统，增加机器的灵活性，但是速度慢。所以RISC一般采用硬件为主固件为辅的方法实现指令。