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CISC结构单片机与RISC结构单片机

时间:2012-9-24
CISC(复杂指令集计算机)和RISC(精简指令集计算机)是当前MCU的两种架构。它们的区别在于不同的MCU设计理念和方法。早期的MCU全部是CISC架构,它的设计目的是要用最少的机器语言指令来完成所需的计算任务。RISC则是计算机系统只有少数指令,但是每个指令的执行时间相当短,因此MCU可以用相当高的频率来运算。
 
经典CISC和纯RISC体系结构的特性:
特性
经典CISC体系结构
纯RISC体系结构
指令格式
可变格式:16到32和64位
固定32位指令
时钟速率
随技术发展而变化
随技术发展而变化
指令系统规模和类型
约300条,有多于48种的指令类型
约100条,除取/存外,大都基于寄存器
寻址方式
约12种,包含间接/变址寻址
3到5种,只有取/存寻址存储器
高速缓存设计
较早模型使用合一高速缓存,有些使用分离高速缓存
大多数使用分离的数据和指令高速缓存
CPI及平均CPI
1到20个周期,平均4个周期
简单操作1个周期,平均约1.5个周期
CPU控制
大多数微程序控制,有些使用硬连线控制
大多数为硬连线控制,没有控制存储器
寄存器堆
8~24个通用寄存器(GPR)
32~192个GPR分离的整数和浮点寄存器堆
 
CISC结构单片机
采用CISC结构的单片机数据线和指令线分时复用,即所谓冯.诺伊曼结构。它的指令丰富,功能较强,但取指令和取数据不能同时进行,速度受限,价格亦高。属于CISC结构的单片机有Intel8051系列、MOTOROLA和M68HC系列、Atmel的AT89系列、台湾Winbond(华邦)W78系列、荷兰Pilips的PCF80C51系列等。
 
RISC结构单片机
采用RISC结构的单片机数据线和指令线分离,即所谓哈佛结构。这使得取指令和取数据可同时进行,且由于一般指令线宽于数据线,使其指令较同类CISC单片机指令包含更多的处理信息,执行效率更高,速度亦更快。同时,这种单片机指令多为单字节,程序存储器的空间利用率大大提高,有利于实现超小型化。
属于RISC结构的单片机有MICROCHIP公司的PIC系列、Zilog的Z86系列、Atmel的AT90S系列、韩国三星公司的KS57C系列4位单片机、台湾义隆的EM-78系列等。
 
一般来说,控制关系较简单的小家电,可以采用RISC型单片机;控制关系较复杂的场合,如通讯产品、工业控制系统应采用CISC单片机。不过,RISC单片机的迅速完善,使其佼佼者在控制关系复杂的场合也毫不逊色。
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