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RISC處理�
閱讀�13110�(shí)間:2011-06-17 09:31:51

  RISC(精簡(jiǎn)指令集算�)處理�是經(jīng)過硬件的精簡(jiǎn)只執(zhí)行很有限的最常用的那部分指令的處理器。因?yàn)橥ㄟ^研究�(fā)�(xiàn),只有 大約 20%的指令是最常用�,把處理器能執(zhí)行的指令�(shù)目減少到 限度,�(duì)它們的�(zhí)行�(jìn)行優(yōu)�,就可以極大地提高處理器的 工作速度.一般來�,RISC 處理器比同等� CISC 處理器要� 50%�75%,同時(shí) RISC 處理器更容易�(shè)�(jì)和糾�(cuò)�

基本思想

  體:指令系統(tǒng)�(jié)�(gòu)

  操作:簡(jiǎn)�

  �(shù)�(jù):Load-Store�(jié)�(gòu),尋址方式�(jiǎn)�

  編碼:定�(zhǎng)

  相:�(shí)�(xiàn)與使用方�

  �(jiǎn)化硬�,提高主�

  指令流水線技�(shù):寄存器操作容易解決相關(guān)編譯技�(shù)

  用:性能及兼容�

  性能:每條指令周期數(shù)差不多,主頻�,CPI�

  流水及多�(fā)射技�(shù)在提高性能的前提下不影響兼容�

基本特�

  32位定�(zhǎng)指令

  32�(gè)32位通用寄存�

  三寄存器操作�(shù)�(yùn)算指�

  Load-Store指令,基址+偏移量尋址方式

  �(jiǎn)單轉(zhuǎn)移條�

  Delay-Branch

�(fā)展史

  1964年CDC公司推出的CDC 6600是臺(tái)超級(jí)�(jì)算機(jī),具備了RISC的一些基本特�

  CDC 6600的設(shè)�(jì)者認(rèn)�(shí)到為了實(shí)�(xiàn)有效的流水技�(shù),需要簡(jiǎn)化體系結(jié)�(gòu)

  Load-Store�(jié)�(gòu)

  記分�(Score-Boarding)�(dòng)�(tài)流水線調(diào)�

  亂序�(zhí)�(Out-of-Order)技�(shù)

  1976年的Cray-1向量�(jī)使用了與CDC 6600類似的想�

  Cray是CDC 6600的主要設(shè)�(jì)者之一

  上述�(jiǎn)化結(jié)�(gòu)以高效實(shí)�(xiàn)的想法在60-70年代沒有受到小型�(jī)和微處理器設(shè)�(jì)者的重視

  1968年John Cocke在IBM的San Jose研究中心開始ASC(Advanced Scientific Computer)�(xiàng)目的研究

  基本思想是讓編譯器做更多的指令調(diào)度以減少硬件�(fù)雜度

  還提出了每�(gè)周期�(fā)射多條指令的思想

  ASC�(jì)劃后來被取消,Cocke�1971年到Future System

  1975年Cocke到IBM的Yorktown研究中心開始研制IBM 801�801是最早開始設(shè)�(jì)的RISC處理�,Cocke獲得了Eckert-Mauchly和Turing�(jiǎng)�

  801是PowerPC的前�

  �801稍晚開始的有Patterson在Berkeley的RISC-I及RISC-II與Hennessy在Standford的MIPS�(xiàng)�,這兩�(gè)大學(xué)的研究生曾參�801�(xiàng)目的研究,后來返回大�(xué)�

  RISC-II是SPARC的前身,MIPS�(xiàng)目是MIPS處理器前�

  801的項(xiàng)目經(jīng)理Joel Birnbaum到HP�(chuàng)立了PA-RISC

  DEC在推出Alpha之前曾經(jīng)使用MIPS處理器三��1994年Intel和HP宣布使用相同的系�(tǒng)�(jié)�(gòu)�

  從上述發(fā)展過程不難解釋剛開始�(shí)五�(gè)RISC處理器的相似�,后來每�(gè)RISC處理器有了不同的�(fā)�,如Alpha的指令簡(jiǎn)�,超流水�(jié)�(gòu),流水級(jí)�,主頻高,“a speed demon�

  PowerPC指令功能�(qiáng),靈�,甚至有�(diǎn)象CISC,“a brainiac�

主流介紹

  目前,比較有影響的 RISC 處理器產(chǎn)品有 Compaq 公司� Alpha,HP 公司� PA-RISC,IBM 公司� Power PC,MIPS 公司� MIPS � Sun 公司� Sparc.下面將分別介紹它們的有關(guān)情況.

  Alpha 處理�

  Alpha 處理器最早由 DEC 公司�(shè)�(jì)制�,� Compaq 公司� � DEC 之后,Alpha 處理器繼�(xù)得到�(fā)�,�(yīng)用于許多� Compaq 服務(wù)器上.� 1995 年開始有 21164 芯片,那時(shí)的工藝為 0.5mm,主頻�(dá)� 200MHz.1998 �,推出新型�(hào) 21264,�(dāng)�(shí)� 主頻� 600MHz. 目前,� 21264 芯片主頻�(dá)� 1GHz,工藝� 0.18mm. 在該芯片里面集成� 1500 萬�(gè)晶體�.它里面有 4 �(gè)整數(shù)�(yùn)� 單元� 2 �(gè)浮點(diǎn)�(jì)算單�.21264 芯片具有完善的指令預(yù)�(cè)能力 和很高的存儲(chǔ)系統(tǒng)帶寬(超過 1GB/s),并且其中增加了處理視 頻信息的功能,使其多媒體處理能力增�(qiáng).

  21264 芯片保持� Alpha 處理器可以運(yùn)行多種操作系�(tǒng)� 特點(diǎn),其中包括 Tru64 Unix,OpenVMS � Linux �,而在這些� �(tǒng)�,已經(jīng)有許多成熟的�(yīng)用程�,這也� Alpha 處理器的一�(gè) �(yōu)�(shì).

  目前,Compaq 公司正在開發(fā)新一代的處理� EV7 � EV8, 其主頻分別為 1.25GHz � 1.65GHz,工藝則分別為 0.18mm � 0.13mm.新型處理器的重點(diǎn)將側(cè)重于引入系統(tǒng)�(jí)的特�,如滿� �(fù)雜工作負(fù)載和大規(guī)� SMP 的需�.

  MIPS 處理�

  MIPS 技�(shù)公司是一家設(shè)�(jì)制造高性能,次及嵌入� 32 位和 64 位處理器的廠�. RISC 處理器方面占有重要地�. � 1984 �,MIPS �(jì)算機(jī)公司成立.1992 �,SGI 收購� MIPS �(jì)算機(jī)� �.1998 �,MIPS 脫離 SGI,成為 MIPS 技�(shù)公司.

  MIPS 公司�(shè)�(jì) RISC 處理器始� 80 年代�,1986 年推� R2000 處理�,1988 年推� R3000 處理�,1991 年推出款 64 位商用微處理� R4000.之后,又陸�(xù)推出 R8000(� 1994 �),R10000(� 1996 �)� R12000(� 1997 �)等型�(hào). 之后,MIPS 公司的戰(zhàn)略發(fā)生變�,把重�(diǎn)放在嵌入式系�(tǒng).1999 �,MIPS 公司�(fā)� MIPS 32 � MIPS 64 架構(gòu)�(biāo)�(zhǔn),為未� MIPS 處理器的開發(fā)奠定了基�(chǔ).新的架構(gòu)集成了所有原� MIPS 指令 �,并且增加了許多更�(qiáng)大的功能.MIPS 公司陸續(xù)開發(fā)了高� �,低功耗的 32 位處理器�(nèi)�(core)MIPS 32 4Kc 與高性能 64 位處理器�(nèi)� MIPS 64 5Kc.2000 �,MIPS 公司�(fā)布了針對(duì) MIPS 32 4Kc 的新版本以及未來 64 � MIPS 64 20Kc 處理器內(nèi)�.

  為了使用戶更加方便地�(yīng)� MIPS 處理�,MIPS 公司推出 了一套集成的開發(fā)工具, 稱為 MIPS IDF Integrated Development ( Framework),特別適合嵌入式系�(tǒng)的開�(fā).

  PA-RISC 處理�

  HP 公司� RISC 芯片 PA-RISC � 1986 年問�.目前,他� 正在開發(fā) HP � 64 位超�(biāo)量處理器 PA-8000 系列. 同時(shí),HP � 司與 Intel 公司合作開發(fā)的下一代芯� IA-64, 在與原來 PA-RISC � Intel x86 系列芯片兼容的基�(chǔ)�, 性能更會(huì)有飛躍性的提高.

  PA-8000 系列芯片是從 1996 年開始提供的.� 1 款芯片的 型號(hào)� PA-8000, 主頻�(dá) 180MHz, 后來陸續(xù)推出 PA-8200, PA-8500 � PA-8600 等型�(hào).

  HP 公司正在開發(fā) 64 位微處理� PA-8700. 此芯片將� 2001 年上半年正式投入服務(wù)器和� 作站的使�.這種新型處理器的�(shè)�(jì)主頻將達(dá)� 800MHz 以上.PA-8700 使用的工藝是 0.18mm � 緣硅(Silicon-On-Insulator,SOI)� CMOS 工藝,采用 7 層銅 �(dǎo)體互�,芯片上的高速緩存達(dá)� 2.25MB,� PA-8600 增加� 50%.這種新的 0.18mm 工藝降低了電�,從而使工作在較高頻� 下的芯片大大降低了功�,工作溫度也較�.此外,這種工藝� 芯片幾何尺寸更小,主頻更高.因此,PA-8700 �(jì)算速度高達(dá)� � 32 億次�(yùn)�.

  根據(jù) HP 公司的規(guī)�, 未來還將推出 PA-8800 � PA-8900 � 理器, 其主頻分別達(dá)� 1GHz � 1.2GHz. PA-RISC 同時(shí)也是 IA-64 的基�(chǔ).在未來的 IA-64 芯片�,繼續(xù)保持許多 PA-RISC 芯片� 重要特�,包括 PA-RISC 的虛擬存�(chǔ)架構(gòu),�(tǒng)一�(shù)�(jù)格式,浮點(diǎn) �(yùn)�,多媒體和圖形加速等.

  PowerPC 處理�

  PowerPC 架構(gòu)的特�(diǎn)是可伸縮性好,方便靈活.PowerPC � 理器品種很多,既有通用的處理器,又有嵌入式控制器和內(nèi)�, �(yīng)用范圍非常廣�, 從高端的工作�, 服務(wù)器到桌面�(jì)算機(jī)系統(tǒng), 從消�(fèi)類電子產(chǎn)品到大型通信�(shè)�,無所不包.

  處理器芯片主要型�(hào)� PowerPC 750,它于 1997 年研制成 �,的工作頻率可以達(dá)� 500MHz,采用先�(jìn)的銅線技�(shù). 該處理器有許多品�,以便適合各種不同的系�(tǒng).包括 IBM 小型 �(jī),蘋果電腦和其他系�(tǒng).

  嵌入式的 PowerPC 405(主頻� 266MHz) � PowerPC 440(主頻� 550MHz)處理器內(nèi)� 可以用于各種集成的系�(tǒng)芯片(system-on-a-chip,SOC)�(shè)� �,在電�,金融和其他許多行�(yè)具有廣泛的應(yīng)�.

  Sparc 處理�

  Sun 公司以其性能的工作站聞名,這些工作站的心臟 全都是采� Sun 公司自己研發(fā)� Sparc 芯片. 根據(jù) Sun 公司未來 的發(fā)展規(guī)�, 64 � UltraSparc 處理器方�, � 主要� 3 �(gè)系列, 首先是可�(kuò)展式 s 系列,主要用于高性能,易擴(kuò)展的多處理器� �(tǒng).目前 UltraSparc Ⅲs 的頻率已�(jīng)�(dá)� 750GHz.將推� UltraSparc Ⅳs � UltraSparc Ⅴs 等型�(hào). 其中 UltraSparc Ⅳs 的頻率為 1GHz,UltraSparc Ⅴs 則為 1.5GHz.其次是集成式 i 系列,它將多種系統(tǒng)功能集成在一�(gè)處理器上,為單處理器系�(tǒng) 提供了更高的效益.已經(jīng)推出� UltraSparc Ⅲi 的頻率達(dá)� 700GHz,未來� UltraSparc Ⅳi 的頻率將�(dá)� 1GHz.是嵌 入式 e 系列,為用戶提供理想的性能�(jià)格比,嵌入式應(yīng)用包括瘦 客戶�(jī),電纜�(diào)制解�(diào)器和�(wǎng)�(luò)接口�.Sun 公司還將推出主頻 300,400,500MHz 等版本的處理�.

  1999 � 6 �, UltraSparc Ⅲ首次亮�, 它采用先�(jìn)� 0.18mm 工藝制�.該處理器全部采用 64 位結(jié)�(gòu)� VIS 指令�,�(shí)鐘頻 率從 600MHz �,可用于高�(dá) 1000 �(gè)處理器協(xié)同工作的系統(tǒng)�. UltraSparc Ⅲ的�(nèi)存帶寬達(dá)� 2.4GB/s,還配備了 8MB 的二�(jí) 高速緩�,性能很好.UltraSparc Ⅲ和 Solaris 操作系統(tǒng)的應(yīng) 用實(shí)�(xiàn)了百分之百的二�(jìn)制兼�,完全支持客戶的軟件投�,� 到眾多的�(dú)立軟件供�(yīng)商的支持.

  不僅如此,為了幫助原設(shè)備廠商盡快把�(chǎn)品推向市�(chǎng),� 中精力開�(fā)�(chǎn)�, 公司還開�(fā)� Sparc 處理器主�, Sun 包括 ATX � CompactPCI 兩�(gè)系列.

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