01｜CISC & RISC：从何而来，何至于此
LMOS
你好，我是 LMOS。
这个专栏我会带你学习计算机基础。什么是基础？
基础就是根，从哪里来，到哪里去。而学习计算机基础，首先就要把握它的历史，这样才能了解计算机是怎么一步步发展到今天这个样子的，再根据今天的状况推导出未来的发展方向。
正所谓读历史方知进退，明兴衰。人类比其它动物高级的原因，就是人类能使用和发现工具。从石器时代到青铜器时代，再到铁器时代，都是工具种类和材料的发展，推动了文明升级。
让我们先从最古老的算盘开始聊起，接着了解一下机械计算机、图灵机和电子计算机。最后我会带你一起看看芯片的发展，尤其是它的两种设计结构——CISC 与 RISC。
从算盘到机械计算机
算盘就是一种辅助计算的工具，由中国古代劳动人民发明，迄今已有两千多年的历史，一直沿用至今。我准备了算盘的平面草图，你可以感受一下：
上图中周围一圈蓝色的是框架，一串一串的是算椽和算珠，一根算椽上有七颗算珠，可以上下拨动，从右至左有个、十、百……亿等计数位。有了算盘，计算的准确性和速度得到提高，我们从中可以感受到先辈的智慧。
与其说算盘是计算机，还不如说它是个数据寄存器。“程序”的执行需要人工实现，按口诀拨动算珠。过了两千多年，人们开始思考，能不能有一种机器，不需要人实时操作就能自动完成一些计算呢？
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CISC与RISC：计算机指令集的演进 计算机发展历程中，CISC与RISC代表了两种不同的设计结构。文章回顾了计算机的历史发展，从算盘到电子计算机，展现了CISC与RISC的发展脉络。CISC的典型代表是x86体系架构，包含大量复杂指令集，减少了程序员的开发难度。然而，随着软硬件技术的进步，CISC的局限性逐渐显现，导致了RISC的出现。RISC设计方案非常简约，通常有20多条指令的简化指令集，使得CPU指令预取、分支预测、指令流水线等部件的效能大大发挥。RISC的代表产品是ARM和RISC-V。文章指出，RISC与CISC早已没有明显界限，开始互相融合。未来的CPU可能是多种不同指令集的整合，一个CPU指令能执行多类型的指令，分别完成不同的功能。
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lisimmy置顶小两口包饺子：夫擀饺子皮，妻包饺子 RISC-夫妻用的时间一致，完美流水线作业，并行（回答文中的问题） CISC-夫擀饺子皮，1分钟一个，妻包饺子，10s一个，就算流水线，虽能并行，也有时间的浪费 因此流水线，会有加速比、效率等概念！作者回复: 对 真棒
2022-08-21归属地：湖北311
neohope置顶意犹未尽的话，可以延申阅读： 1、从MCU到SOC 2、从冯诺依曼结构到存算一体 3、Chiplet如何支撑后摩尔时代 4、碳基芯片 5、量子计算作者回复: 哈哈 老铁可以写加餐
2022-07-28归属地：陕西38
pedro谈到指令并行，就不得不谈CPU里面最核心的流水线了。 现代处理器都是流水线结构，由多个流水级组成，多个流水线同时干活，比如5级流水线由取指，译码，执行，访存和写回组成。 那么，理想情况下在同一个时钟周期内将会有5条处于不同流水阶段的指令，这就是指令并行。 而这样的CPU就能同时执行多条指令。作者回复: 666666 大p神
2022-07-20331
西门吹牛指令流水线作业：取指令，指令译码，指令执行等都是独立的组合逻辑电路，每个阶段电路在完成对应任务之后，也不需要等待整个指令执行完成，而是可以直接执行下一条指令的对应阶段。就和工厂流水线一个道理。指令并行其实指的是，多个指令的不同阶段，可以在流水线上，并行的执行。 CPU 指令乱序执行：在执行过程中，还会有指令重排序，有依赖的指令不会重排，但是不依赖的会重排，比如后面的指令不依赖前面的指令，那就不用等待前面的指令执行，它完全可以先执行，充分利用流水线上的空闲位置。作者回复: 嗯嗯 你很牛
2022-07-219
仰望星空为什么RISC的CPU能同时执行多条指令？其实就是CPU中的流水线在发挥作用，CPU执行指令的四个步骤：取指、译指、执行和回写，在执行A指令时也可以同时执行B指令作者回复: 是的 同学太牛了
2022-07-217
江同学CPU执行指令使用了流水线技术。以三级流水线为例。一个指令可拆分成“取指令 - 指令译码 - 执行指令”三个部分，因为三个部分资源依赖不一样，例如取指令依赖一个译码器把数据从内存取出写入寄存器，指令译码依赖另一个译码器，而执行依赖完成计算工作的ALU，那么第一个指令在译码阶段，第二个指令可以执行取指令了。所以在一定的拆分数量限制下，如果指令拆分得更多，增加更多的流水线，那么就可以同时执行更多的指令了。就好像我们做需求一样，产品经理除了需求后，开发进入开发阶段，产品经理可以继续准备新的需求。作者回复: 是的 你理解透彻
2022-07-216
贾献华hart 硬 件 线 程 （hardware thread）作者回复: 是的 这是RISCV对CPU执行核心的定义
2022-07-205
飞鹤Plus老师讲的真好。请问老师最后“计算机历史大事记”的图是用什么软件画的，感觉很简洁。作者回复: drawio
2022-07-204
小杰说一下我的理解，不知道是不是对的哈。RISC用的是精简指令，那cpu在执行是所需要的时间更少，一般来说，为了加快执行的速度，会采用多个指令流水线。所以我自己理解的CISC，也能同时执行多条指令，只是相对来说RISC会多一点。作者回复: 是的
2022-08-09归属地：湖北3
惜心（伟祺）电阻、电容、晶体管，感觉是从器的层面做总结，不能很好的把握计算机的本质状态控制 用电阻、电容、电感，感觉会更好传递计算机理论层分层思想，这三个东西实现了、状态变化、状态存储、控制跳转，才有了后面的更复杂的各种计算、应用 Risc和cisc的差异，感觉是对控制元素的抽象、模块化认识的问题 Cisc感觉有点异性封装，强调更强的包容性 risc抽象更本质，把控制抽象成几个严格的模块，模块之间外在的格式形式也是固定的 所以导致它更容易模块化和乐高化的扩展出更多高层应用作者回复: 对，见解很深
2022-07-29归属地：湖北3
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