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The case的 for RISC 翻译
The Case for RISC翻译一、介绍计算机体系结构最主要的目标之一就是设计比之前产品具有更高成本效益的计算机。成本效益包括用于制造计算机的硬件成本、软件花费、在初始硬件和随后程序调试及测试所需的费用。如果我们回顾计算机家族的过往历史,我们会发现最常见的体系结构的变化倾向于朝向更复杂的机器。假设这一额外的复杂性对于新型产品的成本效益产生积极的平衡作用。在这篇论文中我们认为这一趋势并不总是有益于成本效益的,事实上,弊大于利。我们将针对RISC机和CISC机就成本效益进行验证。这篇论文将讨论下一代超大规模集成电路计算机作为RISC机较CISC机而言,将更加有效。随着复杂性的与日俱增,IBM系统/3向IBM系统/38过渡,DEC PDP-11向VAX11过渡。复杂程度一向由控制存储的容量表明,对于DEC而言从PCP-11的256*56直到现在VAX11/780的5120*96,复杂性一直在增加。?二、复杂性增加的原因为什么计算机变得更加复杂?我们可以想象得到以下几个原因:1.存储速度 vs CPU速度。John Cocke曾经说过复杂性开始于CPU701到709的过渡时期。701CPU速度是核心主存储器速度的十倍。这使得任何用子程序实现的原语要比用指令实现的原语慢得多。另外浮点逐渐成为709架构的意外收获。709的复杂程度的加深使得较701而言成本效益更高。从那时起,很多“高等级”的指令开始增添到计算机中以提升性能。值得注意的是这一趋势的开始时由于速度的不平衡。但架构师仍无法明确这一速度失衡是否依旧存在;2.微代码和大规模集成电路。与硬布线控制相比,微程序控制使得复杂架构的设计更加节约成本。在60年代末70年代初,集成电路技术的提出使得几乎在任何一种情况下微程序控制的方式都是最经济的方式。一旦决定使用微程序控制的方式,拓展指令集的花费非常微小;仅仅需要存储部分字节。由于控制存储器的大小总是2的几次幂,有时指令集可以无额外硬件开销而仅仅扩展微程序填充控制存储器的代价,变得更加复杂。另外,实现技术的发展导致了传统的子程序在计算机架构实现中的广泛应用。这类指令包括字符串的编辑、整型与浮点型的转换以及数学操作比如多项式求值。3.代码密度。早期的计算机,存储器的价格非常昂贵。因此,总是需要编写非常压缩的程序节约成本。通过增加指令集的复杂性来增加代码密度通常是一把双刃剑,随着更多的指令以及更多的寻址模式需要更多的位来表示。有证据表明代码压缩可以很容易通过清除原始指令集来实现。由于代码压缩变得越来越重要,额外10%的存储通常要比为了所谓的“架构创新”而榨干10%的CPU资源便宜得多。这对于大型CPU而言花费的仅仅是必要的额外电路的封装,但对于单片CPU而言而由于需要控制PLA,性能更可能降低了而非提升了。4.营销策略。不幸的是,电脑公司的主要目标并不是设计成本效益最高的计算机;而是通过销售计算机获得最多的利润。为了销售计算机制造商必须说服消费者认同他们的计算机比其他竞争者的更为优越。更复杂的指令集通常是更好计算机的主要“营销”证据。为了保住他们的工作,架构师必须在保持更新更好的设计。无论实际用途或者成本效益抑或是指令集的复杂程度,指令数目以及它们的“力量”总是被用来宣传一种架构。在某种意义上制造商或者设计师不应该为消费者没有去询问复杂性和成本的问题而受到责备。在硅资源充分的条件下,优质的微处理器总是被用来作为抽奖卡片,因为其实际利润来自于吸引消费者购买相对大规模的存储以适应相对便宜的CPU。5.向上兼容性。与营销战略相一致的是向上兼容的日趋需要。向上兼容意味着改进设计的主要方式是增加新的通常是更复杂的特性。很少会出现指令或者寻址模式从架构中被一出,这导致了在系列机中指令的复杂性和数量的逐渐增长。新的架构常常倾向于囊括已知成功竞争者处理器中的所有和可能是因为架构师和客户没有真正抓住“优秀”指令集的精髓。6.支持高级语言。随着高级语言的使用日益流行,制造商变得渴望提供更有效的指令来支持高级语言。不幸的是几乎很少有证据可以证明更复杂的指令集可以更好支持高级语言。与之相反,我们认为在很多情况下复杂指令集更加不利于支持高级语言。为了支持高级语言而做出的努力是值得赞赏的,但是我们感觉总是没有抓住问题的本质。7.多道程序设计。分时系统需要计算机能够响应中断,并且有能力停下当前的进程稍后重新开始。存储管理以及分页额外需要可以在指令执行结束前停止并在稍后重新执行。尽管这些都未能对指令集的设计产生巨大的影响,但是他们对于实现都有直接影响。复杂的指令以及寻址模式增加了需要在任何中断保存的状态。保存这一状态通常导致影子寄存器的使用以及大规模复杂伪代码的增加。如果没有复杂指令以及寻址模式的负面影响,这一机器复杂性将大大消失。?三、CISC如何应用?软件成本的增加导
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