ISC架构的特征有:

1. 高度优化的指令集

2. 大量的寄存器

3. 高度规则的指令流水线

4. 每条指令(CPI)的时钟周期数较低

5. Load/store体系结构

这些特征里,load/store体系结构是RISC更加普遍的特征,即内存是通过特定指令访问的,而不是作为指令集中大多数指令的一部分。通常,广义上讲,具有load/store体系结构的CPU被认为是RISC架构。

1946年图灵设计的自动计算机(ACE)已经具有了很多RISC架构的特征,20世纪60年代,很多系统的设计采用load/store体系结构。比如,1964年西摩·克雷(Seymour Cray)主持设计的CDC 6600采用了load/store设计,被认为是RISC架构的先驱;1975年启动的IBM 801项目,也被认为是第一个RISC系统,虽然该项目失败,但是最终导致了IBM POWER指令集架构的诞生。

RISC概念的正式提出,是Berkeley的David Patterson。1980年,David Patterson 和 Carlo H. Sequin两位教授领导了Berkeley RISC项目。该项目最终产生了RISC设计,生成了RISC-I的处理器。RISC-I仅由44,420个晶体管组成(相比之下,这个时代CISC设计的平均数量约为100,000个),只有32条指令,但它的性能却完全超过了其他任何一种单芯片设计。随后,在1983年,完成了RISC-II。1987年,SUN公司,在此基础上开发了SPARC处理器,开始了RISC的辉煌时代。

说起Berkeley的RISC项目,不得不说由斯坦福的John L. Hennessy领导的MIPS项目。1981年产生于John L. Hennessy的研究生课程,随后John L. Hennessy在此基础上创办了MIPS Computer Systems公司,将MIPS推向商业化。斯坦福号称是硅谷的引擎,创业似乎已经成为斯坦福的基因。前面提到的SUN公司,就是斯坦福研究生创办的,而SUN公司名称是斯坦福大学校园网(Stanford University Network)的首字母缩写。

David Patterson和John L. Hennessy一起撰写了《计算机体系结构:量化研究方法[Computer Architecture:A Quantitative Approach]》。而他们因开创了一种系统的、定量的方法来设计和评估对计算机行业产生持久影响的计算机体系结构而获得了2017年图灵奖。

二十世纪80年代中后期,RISC概念开始成熟,越来越多的商业RISC芯片开始在广泛的领域应用。HP和SUN开始推出搭载RISC芯片的计算机,包括工作站和服务器。美国计算和通信创新委员会把RISC从概念到可行归功于SUN公司SPARC系统的成功。SPARC的成功也让IBM重新启动了RISC项目,并在1990年发布了新的RISC系统 – Power系列RISC CPU。从Power1开始,到现在的Power10,30年的跨越。

ARM在20世纪90年代后期开始大面积应用到移动设备,诺基亚的手机、苹果的iPod等等。但是真正让ARM称霸移动领域的是苹果iPhone的发布。iPhone开创了移动领域的新纪元,改变了整个社会,也改变了ARM的命运。虽然Intel在20世纪80、90年代尝试了RISC架构,然后又使用Xscale进入嵌入式、移动和网络领域,最终铩羽而归。

2010年Berkeley启动了一个新的开源指令集架构项目: RISC-V,用于研究项目的同时,也作为专有指令集架构,如ARM,的免费替代方案。RISC-V被设计为可扩展的,从可以满足小型嵌入式处理器的基本核心扩展到超级计算机和云计算。Berkeley起源了很多软件开源项目,如FreeBSD、Spark、Alluxio、Mesos、Berkeley DB等等,如今RISC-V也进入了开源免费的行列。