终于有人把各个指令集之间的关系和发展讲清楚了

RISC-V

RISC-V（读作“RISC-FIVE”）是一个基于精简指令集（RISC）原则的开源指令集架构（ISA）。与大多数指令集相比，RISC-V指令集可以自由地用于任何目的，允许任何人设计、制造和销售RISC-V芯片和软件。虽然这不是第一个开源指令集，但它具有重要意义，因为其设计使其适用于现代计算设备（如仓库规模云计算机、高端移动电话和微小嵌入式系统）。设计者考虑到了这些用途中的性能与功率效率。该指令集还具有众多支持的软件，这解决了新指令集通常的弱点。

RISC-V 的特点有：

1.完全开源

对指令集使用，RISC-V基金会不收取高额的授权费。开源采用宽松的BSD协议，企业完全自有免费使用，同时也容许企业添加自有指令集拓展而不必开放共享以实现差异化发展。

2.架构简单

RISC-V架构秉承简单的设计哲学。体现为：

在处理器领域，主流的架构为x86与ARM架构。x86与ARM架构的发展的过程也伴随了现代处理器架构技术的不断发展成熟，但作为商用的架构，为了能够保持架构的向后兼容性，其不得不保留许多过时的定义，导致其指令数目多，指令冗余严重，文档数量庞大，所以要在这些架构上开发新的操作系统或者直接开发应用门槛很高。而RISC-V架构则能完全抛弃包袱，借助计算机体系结构经过多年的发展已经成为比较成熟的技术的优势，从轻上路。RISC-V基础指令集则只有40多条，加上其他的模块化扩展指令总共几十条指令。 RISC-V的规范文档仅有145页，而“特权架构文档”的篇幅也仅为91页。

3.易于移植*nix

现代操作系统都做了特权级指令和用户级指令的分离，特权指令只能操作系统调用，而用户级指令才能在用户模式调用，保障操作系统的稳定。RISC-V提供了特权级指令和用户级指令，同时提供了详细的RISC-V特权级指令规范和RISC-V用户级指令规范的详细信息，使开发者能非常方便的移植linux和unix系统到RISC-V平台。

4.模块化设计

RISC-V架构不仅短小精悍，而且其不同的部分还能以模块化的方式组织在一起，从而试图通过一套统一的架构满足各种不同的应用场景。用户能够灵活选择不同的模块组合，来实现自己定制化设备的需要，比如针对于小面积低功耗嵌入式场景，用户可以选择RV32IC组合的指令集，仅使用Machine Mode（计算机模式）；而高性能应用操作系统场景则可以选择譬如RV32IMFDC的指令集，使用Machine Mode（计算机模式）与User Mode（用户模式）两种模式。

5.完整的工具链

对于设计CPU来说，工具链是软件开发人员和cpu交互的窗口，没有工具链，对软件开发人员开发软件要求很高，甚至软件开发者无法让cpu工作起来。在cpu设计中，工具链的开发是一个需要巨大工作的。如果用RISC-V来设计芯片，芯片设计公司不再担心工具链问题，只需专注于芯片设计，RISC-V社区已经提供了完整的工具链，并且RISC-V基金会持续维护该工具链。当前RISC-V的支持已经合并到主要的工具中，比如编译工具链gcc, 仿真工具qemu等。

6.开源实现

加入RISC-V阵营更多是因为商业因素

目前，伯克利研究团队已经完成了基于RISC-V指令集的顺序执行的64位处理器核心（代号为Rocket），并前后基于45nm与28nm工艺进行了12次流片。Rocket芯片主频1GHz，与ARM Cortex-A5相比，实测性能较之高10%，面积效率高49%，单位频率动态功耗仅为Cortex-A5的43%。在嵌入式领域，Rocket已经可以和ARM争市场了。目前全球上百家科技公司加入RISC-V阵营，更多的还是因为商业原因。虽然在很多报道中，都将ARM的成功归咎于开放，但实际上，ARM只是在商业模式上开放，在技术上是卡的很死的。

迄今为止，获得ARM32授权的公司一只手都能数的过来，ARM64授权虽然多一些，但授权费却异常昂贵，法国创业公司Greenwave表示，他们如果使用ARM架构，要花掉1500万美元的授权费。而且授权到期后，是否继续授权和授权费用都要重新谈判。

虽然对高通、苹果、华为这些大公司而言，上亿元人民币的授权费不算什么，但对创业公司来说，这是不可承受之重。

为了深入挖掘RISC-V，我们应该研究一些不同类型的指令集架构。

目前的指令集架构有哪些类型？

最常见的是通过它们的复杂性来描述和分类：

精简指令集（RISC）和复杂指令系统计算机(CISC)

这仅实现了经常使用的指令，不常见的操作则会以子程序实现。通过使用子程序，可以权衡性能，但它仅适用于最不常见的操作。

RISC使用加载或存储架构，这意味着它将指令划分为访问存储器的指令和执行算术逻辑单元（ALU）操作的指令。

RISC的英文全称是Reduced Instruction Set Computer，中文是精简指令集。特点是所有指令的格式都是一致的，所有指令的指令周期也是相同的，并且采用流水线技术。在中高档服务器中采用RISC指令的CPU主要有Compaq（康柏，即新惠普）公司的Alpha、HP公司的PA-RISC、IBM公司的PowerPC、MIPS公司的MIPS和SUN公司的Sparc。

在计算机指令系统的优化发展过程中，出现过两个截然不同的优化方向：CISC技术和RISC技术。CISC是指复杂指令系统计算机(Complex Instruction Set Computer)；RISC是指精简指令系统计算机(Reduced Instruction Set Computer)。这里的计算机指令系统指的是计算机的最低层的计算机指令，也就是CPU能够直接识别的指令。随着计算机系统的复杂，要求计算机指令系统的构造能使计算机的整体性能更快更稳定。最初，人们采用的优化方法是通过设置一些功能复杂的指令，把一些原来由软件实现的、常用的功能改用硬件的指令系统实现，以此来提高计算机的执行速度，这种计算机系统就被称为复杂指令系统计算机，即Complex Instruction Set Computer，简称CISC。另一种优化方法是在20世纪80年代才发展起来的，其基本思想是尽量简化计算机指令功能，只保留那些功能简单、能在一个节拍内执行完成的指令，而把较复杂的功能用一段子程序来实现，这种计算机系统就被称为精简指令系统计算机．即Reduced Instruction Set Computer，简称RISC。RISC技术的精华就是通过简化计算机指令功能，使指令的平均执行周期减少，从而提高计算机的工作主频，同时大量使用通用寄存器来提高子程序执行的速度。

（编辑：核心网）

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