第2章 指令系统的设计精要.ppt

复杂的指令使指令的执行周期大大加长，指令平均执行周期都在4以上 在复杂指令系统中，增强指令系统功能，简化了软件，硬件复杂了 1897年，意大利经济学家帕累托（1848～1923）偶然注意到英国人的财富和收益模式，于是潜心研究这一模式，并于后来提出了著名的二八法则。 一般情况下，我们付出的80％的努力，也就是绝大部分的努力，都没有创造收益和效果，或者是没有直接创造收益和效果。而我们80％的收获却仅仅来源于20％的努力，其他80％的付出只带来20％的成果。 20％时间赢得80％的快乐 RISC指令集对于80%的指令采取加速策略 - 使用硬件线路实现指令操作，提高速度，降低成本 - RISC还加强了并行处理能力，非常适合于采用处理器 的流水线、超流水线和超标量技术，从而实现指令级 并行操作，提高处理器的性能 RISC指令集利用多条简单指令实现原有复杂指令的功能 1979年研制出世界上第一台采用RISC思想的计算机IBM 801 1981年，Patterson等人研制了32位的RISC I微处理器，总共31种指令，3种数据类型，两种寻址方式，研制周期10个月，比当时最先进的MC68000和Z8002快3至4倍 1983年，又研制了RISC II，指令种类扩充到39种，单一变址寻址方式，通用寄存器138个 1986年，IBM正式推出采用RISC体系结构的工作站IBM RT PC PowerPC微处理器 ，20世纪90年代，IBM、Apple和Motorola共同开发了PowerPC，这款RISC架构的芯片的主要特点是可伸缩性好、方便灵活； MIPS处理器，MIPS处理器是八十年代中期RISC CPU设计的一大热点 ，1999年以前世界上用得最多的处理器 ； SPARC处理器 ，1987年，Sun和TI公司合作开发了RISC架构的微处理器，此后出现了64位高性能UltraSPARC 处理器，为Sun公司的工作站和服务器提供了发展原动力 PA-RISC处理器 ，1986年，HP发布了代号为PA-8000的第一款64位芯片，HP和Intel在IA-64芯片方面的合作，将把HP在PA-RISC芯片研制过程中的技术转移到IA-64中。 由于RISC指令集自身的优势，在处理器的高端服务器领域的处理器上得到了广泛的运用； 而CISC指令集主要运用桌面领域的处理器产品中，比如 Intel的Pentium系列和AMD的K8系列处理器； 在嵌入式处理器，RISC如ARM（Advanced RISC Machines）已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场 所谓X86架构的处理器就是采用了Intel X86指令集的处理器，X86指令集是Intel公司为其第一块16位处理器i8086所专门开发的。为了增加计算机的浮点运算能力，增加了X87数学协助处理器和加入了X87指令集，于是就将采用了X86指令集和X87指令集的处理器统称为X86架构的处理器。 然而随着处理器技术的发展，虽然处理器的主频和制造工艺都有一定的进步，但是处理器的性能确不能非常明显的提高，其中一个非常重要的原因就是受到了X86所采用的SISC指令集的限制。这一点Intel方面也非常清楚。而目前IA-32（Intel Architechure-32 英特尔32位体系架构）的X86系列处理器存在着一系列的问题，使得Intel方面已经打算放弃X86指令体系处理器的发型，而将重点放在下一代的IA-64体系处理器和EPIC（Explicitly Parallel Instruction Computing）显性并行指令方面。 提高处理器每个时钟频率的指令执行数来提高处理器的性能，而这也是Intel开发新指令集的主要目的，这样一来，处理器可以让指令更容易解码，并且更容易进行并行处理，这样就可以不受指令集的限制来开发新型的处理器。而X86指令集的劣势就在于它的限制过多。 （1）由于X86指令集是属于CISC类型的指令集，其每条指令的长度是不固定的，而且有几种不同的格式，这样一来，就造成了X86处理器的解码工作非常复杂。而为了提高处理器的工作频率，就不得不延长处理器中的流水线，而过长的流水线在分支如果出现预测出错的情况，又会带来CPU工作停滞时间较长的弊端。 (2)X86指令采用了可访问内存地址的方法，这样的方法容易造成处理器与内存之间的不平衡工作，从而降低处理器的工作效率； (3)X86构架处理器中的FPU（Floating Point Unit）浮点运算单元的运算能力较差，可以说现今市面上所有类型处理器中最慢的，其主要原因就是X86指令集中所使用的一个操作数堆栈。如果在运算过程中，没有