现代计算机体系结构--CPU（英文版）.pptx

现代计算机体系结构--CPU（英文版） 2 CPU(1) 3 KEY POINTS CISC RISC Instruction pipeline Instruction-level parallelism Dynamic scheduling Scoreboard Loop unrolling Register renaming Tomasulo’s approach 4 1 CISC RISC Why CISC (1)? Compiler simplification? Disputed… Complex machine instructions harder to exploit Optimization more difficult Smaller programs? Program takes up less memory but… Memory is now cheap May not occupy less bits, just look shorter in symbolic form More instructions require longer op-codes Register references require fewer bits 5 1 CISC RISC Why CISC (2)? Faster programs? Bias towards use of simpler instructions More complex control unit Microprogram control store larger thus simple instructions take longer to execute It is far from clear that CISC is the appropriate solution 6 1 CISC RISC RISC Characteristics One instruction per cycle Register to register operations Few, simple addressing modes Few, simple instruction formats Hardwired design (no microcode) Fixed instruction format More compile time/effort 7 1 CISC RISC Not clear cut Many designs borrow from both philosophies e.g. PowerPC and Pentium II 8 1 CISC RISC RISC发展过程 1964年CDC公司推出的CDC 6600是第一台超级计算机，具备了RISC的一些基本特征 CDC 6600的设计者认识到为了实现有效的流水技术，需要简化体系结构 Load-Store结构 记分板(Score-Boarding)动态流水线调度 乱序执行(Out-of-Order)技术 1976年的Cray-1向量机使用了与CDC 6600类似的想法 Cray是CDC 6600的主要设计者之一 上述简化结构以高效实现的想法在60-70年代没有受到小型机和微处理器设计者的重视 9 1 CISC RISC 1968年John Cocke在IBM的San Jose研究中心开始ASC(Advanced Scientific Computer)项目的研究 基本思想是让编译器做更多的指令调度以减少硬件复杂度 还提出了每个周期发射多条指令的思想 ASC计划后来被取消，Cocke在1971年到Future System 1975年Cocke到IBM的Yorktown研究中心开始研制IBM 801，801是最早开始设计的RISC处理器 Cocke获得了Eckert-Mauchly和Turing奖 801是PowerPC的前身 比801稍晚开始的有Patterson在Berkeley的RISC-I及RISC-II与Hennessy在Standford的MIPS项目 这两个大学的研究生曾参与801项目的研究，后来返回大学 RISC-II是SPARC的前身，MIPS项目是MIPS处理器前身 10 1 CISC RISC 801的项目经理Joel Birnbaum到HP创立了PA-RISC DEC在推出Alpha之前曾经使用MIPS处理器三年 1994年Intel和HP宣布使用相同的系统结构 从上述发展过程不难解释刚开始时五个RISC处理器的相似性 后来每个RISC处理器有了不同的发展 如Alpha的指令简单，超流水结构，流水级多，主频高 PowerPC指令功能强，灵活，