《微型计算机系统》第4课.ppt

在上世纪70年代左右，IBM以及其他企业的从业人员发现，目前的PC发展方向存在一定的问题。如果按照现在指令集发展的方向继续发展的话，那么现有的指 令集系统会越来越复杂。而同时期编译器的流行，让这种情况发生了变化：一方面指令集越来越复杂，一方面编译器却很少使用这么多复杂的指令集。而且如此多的 复杂指令，CPU难以对每一个指令都做出优化，甚至部分复杂指令本身耗费的时间反而更多。对这件事情的总结，就是后来著名的“8020”定律，也就是在所 有的指令集中，只有20%最常用，80%基本上罕有问津。 时间进入了1980年代， Reduced Instruction Set Computing，也就是RISC精简指令集开始出现。这种指令集的优势在于将计算机中最常用的20%的指令集集中优化，而剩下的不常用的80%则采用 拆分为常用指令集等方式运行。在RISC提出之后，人们才赋予了传统指令集一个正式的名称:Complex Instruction Set Computing，也就是CISC复杂指令集。 在上世纪70年代末80年代初，RISC刚被提出、CISC被众人鄙视、PC刚刚起步的乱世年代，一家小公司的出现，改变了RISC和CISC在业界的态势。 就是在这间仓库中，ARM公司的几大股东在一起开会，对全球移动计算市场产生巨大震撼的ARM架构就此诞生。 这家公司始创于1978年12月5日，创始人是物理学家赫尔曼·豪泽(Hermann Hauser)和工程师Chris Curry。公司的名字也很有意思，叫做Cambridge Processing Unit，意为剑桥处理器公司，简写为CPU。 ????1979年，CPU公司改名了，叫做Acorn，主营业务从为市场提供电子设备，转向提供比较廉价的计算机设备。有多廉价呢?定价在500英镑以内。但是 公司很快发现，摩托罗拉的CPU太慢价格又贵于是Acorn公司去找英特尔索要 80286的设计资料，打算自行搭建PC兼容机，但被英特尔无情拒绝了。 ????1985年，一款使用RISC指令集，名字叫做Acorn RISC Machine的CPU诞生了，它的简称就是ARM。 在Pentium品牌推出后，英特尔开始逐渐在x86中引入RISC的设计思想。借助PC市场上攫取的巨额利润，英特尔开始疯狂提升x86处理器的性能。 于是，在服务器和超级计算机市场上，英特尔的Xeon品牌开始逐渐发力，性能和当时的RISC处理器相比已不落下风甚至略有胜出。最终英特尔完成了逆袭的 过程，x86在服务器市场上大放光彩，甚至开始占据绝大部分市场份额，成就了CISC战胜RISC的神话。 不过在移动计算市场上，英特尔却无法复制这样的神话。高性能市场对功耗敏感度不高，性能是最重要的指标，英特尔可以凭借强大的研发能力来威胁对手，获取胜 利。但移动计算市场对功耗极为敏感， 英特尔几次试图进入都无法获得成功。ARM在这个领域遍地开花，从手机到平板电脑，ARM凭借自己超高的性能功耗比屡获成功。 目前，x86处理器占据了超过90%的个人电脑市场，以ARM为代表的RISC产品则同样占据了超过90%的移动计算市场。两强都想、都有希望进入对方的领地。 Pentium的发展 1993年3月，Intel公司的奔腾（Pentium），时钟频率：60/66MHz，运行速度：112MIPS， 集成度：310万管/片 1995年2月， Intel公司的Pentium Pro，时钟频率：166MHz以上，集成度：550万管/片 1996年 Intel公司的Pentium MMX （多能奔腾），166MHz、200MHz、250MHz和300MHz几种型号 1997年Intel公司推出新一代CPU芯片PentiumⅡ， 分266MHz、300MHz、350MHz、400MHz、450Mz、500MHz几种机型。 1999年2月26日,Intel公司推出Pentium Ⅲ处理器 2000年5月,Intel公司推出了主频高达1000 MHz的Pentium Ⅲ处理器 2000年3月，Intel公司推出了时钟频率达到1GHz的Pentium Ⅳ高性能微处理器 2001年底， Pentium Ⅳ主频高达2GHz，具有4200万只晶体管，主流高端32位CPU市场的佼佼者 2001年5月，Intel公司正式推出了第一种64位微处理器 超标量流水线 每个CPU中多条指令流水线，Pentium中为U、V两条。 ALU、地址生成电路和数据CACHE 单时钟周期内执行两条整数指令 每流水线：指令预取、指令译码、地址生成、指令执行、回写 指令并行 独立的指令CACHE和数据CACHE 指令CACHE和数据CACHE均为32B×8线宽。 数据CACHE有两个接