了不起的芯片读书之三

zhangjsh

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三分天下话指令集

 

指令集(Instruction Set Architecture, ISA)是一套连接软件与硬件的桥梁。指令集是为某一特定处理器而定制的命令集合，最早的指令集是X86系列CPU使用CISC（Complex　Instruction　Set　Computer，复杂指令集计算机） 包含3600多条指令；而ARM与RISC-V则使用RISC（Reduced　Instruction　Set　Computer，精简指令集计算机）

在CISC指令集的各种指令中，大约有20%的指令会被反复使用，占整个程序代码的80%。而余下的指令却不经常使用，在程序设计中只占20%。

RISC结构优先选取使用频最高的简单指令，避免复杂指令；将指令长度固定，指令格式和寻址方式种类减少；以控制逻辑为主，不用或少用微码控制等

X86指令集中的优点如下：

指令兼容性好，新一代的指令集完美兼容前一代的指令集，这意味者操作系统的兼容性也比较好；单条指令功能强大，有利于软件开发；扩展能力强，采用x 86架构的PC外设接口多于采用ARM架构的手机以及采用RISC-V架构的消费电子产品；指令采用顺序执行，控制简单；采用x86架构的处理器主频更高，性能更强。

X86指令集中的缺点如下：

与ARM及RISC-V相比X86的功耗高、指令复杂、通用寄存器少、指令体系繁琐且笨重。以及存在者昂贵的使用授权费。

ARM指令集中的优点如下：

ARM指令集，精简指令集，指令格式统一、种类少、寻址方式少，简单的指令意味着相应硬件线路可以尽量做到最佳化，从而提高执行速率。一是体积小、低功耗、低成本、高性能；二是大量使用寄存器且大多数数据操作都在寄存器中完成，指令执行速度更快；三是寻址方式灵活简单，执行效率高；四是指令长度固定，可通过多流水线方式提高处理效率。工艺思路清晰A系列主打特性是高性能，其设计特点是高时钟频率、深流水线、支持NEON指令集扩展；R系列主打特性是响应速度快，其设计特点是高时钟频率、较深的流水线、中断延时低；M系列主打特性是低功耗、较浅的流水线，面向微控制器、嵌入式系统等低成本应用。

ARM指令集中的缺点如下：

ARM也存在者昂贵的使用授权费。

RISC-V，其完全开源不存在高额的授权费、简化流程、易于移植、模块化设计，完整的工具链。处于起步阶段性能在后期完善中。

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RISC-V目的主要在物联网领域，物联网本来就个万物互联的时代，挺适合的，满足国产CPU自主可控的要求，前景可期