為什麼RISC指令集架構的編譯器必須“更聰明”

Question 1

老實說，RISC 代表「降低指令集複雜性」——指令數量不一定減少，但就執行它所需的機器週期和閘數量而言，每條指令都更簡單（或微碼儲存）致力於實現它。

該理論（至少部分實現）是，透過減少控制邏輯的數量，可以為暫存器和資料路徑提供更多的晶片空間。因此，RISC 機器的暫存器數量通常是 CISC 機器的 2-4 倍。

這使得編譯器能夠完成省略的控制邏輯的工作，包括“調度”操作（對它們進行排序），這樣，您就不會連續執行兩次添加，而是先執行添加，然後執行移位（然後再執行）不同的暫存器），因此加法器和移位器都得到了最佳利用。編譯器還必須管理暫存器集，以優化暫存器的進出操作，最大限度地減少儲存存取。另外，編譯器必須知道如何最好地利用奇怪的指令（例如“左移一位和帶有文字的掩碼”），因為這些指令通常有一些（也許是奇怪的）場景，它們相對強大。

因此，良好的 RISC 編譯器產生的指令實際上不可能被破解。即使您很了解指令集，找出半小時前的某個值仍然在暫存器 12 中也是很困難的，即使不是一直在發生複雜的移位和遮罩操作。

(對於那些顯然不相信我知道我在說什麼的人來說，我第一次涉足 RISC 是在 70 年代初，當時是 IBM 801，當時我與 George Radin 和 Marty Hopkins 很熟絡。 .)

Answer

老實說，RISC 代表「降低指令集複雜性」——指令數量不一定減少，但就執行它所需的機器週期和閘數量而言，每條指令都更簡單（或微碼儲存）致力於實現它。

該理論（至少部分實現）是，透過減少控制邏輯的數量，可以為暫存器和資料路徑提供更多的晶片空間。因此，RISC 機器的暫存器數量通常是 CISC 機器的 2-4 倍。

這使得編譯器能夠完成省略的控制邏輯的工作，包括“調度”操作（對它們進行排序），這樣，您就不會連續執行兩次添加，而是先執行添加，然後執行移位（然後再執行）不同的暫存器），因此加法器和移位器都得到了最佳利用。編譯器還必須管理暫存器集，以優化暫存器的進出操作，最大限度地減少儲存存取。另外，編譯器必須知道如何最好地利用奇怪的指令（例如“左移一位和帶有文字的掩碼”），因為這些指令通常有一些（也許是奇怪的）場景，它們相對強大。

因此，良好的 RISC 編譯器產生的指令實際上不可能被破解。即使您很了解指令集，找出半小時前的某個值仍然在暫存器 12 中也是很困難的，即使不是一直在發生複雜的移位和遮罩操作。

(對於那些顯然不相信我知道我在說什麼的人來說，我第一次涉足 RISC 是在 70 年代初，當時是 IBM 801，當時我與 George Radin 和 Marty Hopkins 很熟絡。 .)

Question 2

由於 RISC CPU 中的指令較少，因此單一高階語句很好地轉換為單一機器語言操作碼的機會較小。

RISC CPU 的同義詞是「載入-儲存架構」。基本上，這意味著實際工作的 RISC 指令通常僅在寄存器上工作。如果您想要處理儲存在 RAM 中的值，則必須發出明確 LOAD 指令，而 CISC CPU（例如 x86）具有自動執行此操作的指令。 RISC CPU 歷來擁有比 x86 更多的寄存器 - 良好的程式碼將很好地管理可用寄存器以避免不必要的記憶體訪問，這意味著編譯器需要考慮到這一點。

另一件事是，RISC CPU 通常只提供連結所需的最低「基礎設施」。

例如，x86 CPU 有一個「堆疊」的概念，您可以在其中壓入值，然後將它們「彈出」（有PUSH指令POP）。還有一條CALL指令 - 它將當前指令指標壓入堆疊，然後跳到目標位址 - 通常是子程式或函數。然後可以稍後發出指令RET以彈出已儲存的指令指標並從原始函數恢復。嵌套子程序很方便，可以方便地使用PUSH和POP為子程序添加參數。

例如，在 MIPS 上，您所擁有的只是jal「跳轉和連結」- 它將當前指令指標放入暫存器中，然後跳到該位址。如果您想要執行堆疊或 x86CALL指令之類的操作，則必須手動執行。這需要編譯器提供更多智慧。

Answer

由於 RISC CPU 中的指令較少，因此單一高階語句很好地轉換為單一機器語言操作碼的機會較小。

RISC CPU 的同義詞是「載入-儲存架構」。基本上，這意味著實際工作的 RISC 指令通常僅在寄存器上工作。如果您想要處理儲存在 RAM 中的值，則必須發出明確 LOAD 指令，而 CISC CPU（例如 x86）具有自動執行此操作的指令。 RISC CPU 歷來擁有比 x86 更多的寄存器 - 良好的程式碼將很好地管理可用寄存器以避免不必要的記憶體訪問，這意味著編譯器需要考慮到這一點。

另一件事是，RISC CPU 通常只提供連結所需的最低「基礎設施」。

例如，x86 CPU 有一個「堆疊」的概念，您可以在其中壓入值，然後將它們「彈出」（有PUSH指令POP）。還有一條CALL指令 - 它將當前指令指標壓入堆疊，然後跳到目標位址 - 通常是子程式或函數。然後可以稍後發出指令RET以彈出已儲存的指令指標並從原始函數恢復。嵌套子程序很方便，可以方便地使用PUSH和POP為子程序添加參數。

例如，在 MIPS 上，您所擁有的只是jal「跳轉和連結」- 它將當前指令指標放入暫存器中，然後跳到該位址。如果您想要執行堆疊或 x86CALL指令之類的操作，則必須手動執行。這需要編譯器提供更多智慧。

Question 3

CISC（複雜指令集運算）處理器比 RISC（精簡指令集運算）處理器具有更大範圍的可用指令。

CISC 中的乘法範例為：MUL 1:3, 4:2（乘以 1:3 和 2:4）。此指令會將位置 1:3 的值載入到其暫存器中，載入位置 4:2 的值，將它們相乘並將其儲存回 1:3

RISC CPU 可能必須：

負載 A，1:3
負載 B，4:2
產品A、B
商店 1:3，A

...4 個 RISC 運算到 1 個 CISC 運算。

因為 RISC 需要更多的運算，即使是最簡單的乘法計算 - 想像一下視訊渲染或遊戲等事情需要多少工作？

考慮到這一點 - 根據程式設計師輸入的程式碼建立軟體的編譯器需要“更聰明”，以便它們知道如何簡化 RISC 架構的複雜程式碼和複雜命令。

希望這是有道理的為了進一步閱讀，可能值得一看： http://www.engineersgarage.com/articles/risc-and-cisc-architecture?page=5

Answer