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指令集是指特定的机器码对应特定的CPU动作吗?精简指令集中有哪

来源:未知 编辑:admin 时间:2019-06-07

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  早期,这种CPU指令集的特点是指令数目少,每条指令都采用标准字长、执行时间短、CPU的实现细节对于机器级程序是可见的等等。

  实际上在后来的发展中,RISC与CISC在争吵的过程中相互学习,现在的RISC指令集也达到数百条,运行周期也不再固定……虽然如此,RISC设计的根本原则--针对流水线化的处理器优化--没有改变。

  在早期的计算机业中,编译器技术尚未出现。程序是以机器语言或汇编语言完成的。为了便于编写程序,计算机架构师造出越来越复杂的指令,可以高阶程序语言直接陈述高阶功能。当时的看法是硬件比编译器更易设计,所以复杂的东西就加进硬件了。

  加速复杂化的其它因素是缺乏大内存。内存小的环境中,具有极高讯息密度的程序较有利。当内存中的每一字节如此珍贵,例如储存某个完整系统只需几千字节,它使产业移向高度编码的指令、长度不等的指令、执行多个操作的指令,和执行数据传输与计算的指令。当时指令封包问题远比易解的指令重要。

  内存不仅小,而且很慢,打从当时使用磁性技术。这是维持极高讯息密度的其它原因。借着具有极高讯息密度封包,当必须存取慢速资源时可以降低频率。

  CPU内部缓存器远贵于外部内存。以当时的集成电路技术水准,大缓存器集对芯片或电路板区域只是多余的浪费。

  具有大数量的缓存器将需要大数量的指令位(使用珍贵的RAM)以做为缓存器指定器。

  基于上述原因,CPU设计师试着令指令尽可能做更多的工作。这导致一个指令将做全部的工作∶读入两个数字,相加,并且直接在内存储存计算结果。其它版本将从内存读取两个数字,但计算结果储存在缓存器。另一个版本将从内存和缓存器各读一个数字,并再次存入内存。以此类推。这种处理器设计原理最终成为复杂指令集(CISC)。

  当时的目标是给所有的指令提供所有的寻址模式,此称为「正交性」。这在 CPU 上导致了一些复杂性,但就理论上每个可能的命令都可以单独的调试(调用,be tuned),这样使得程序员能够比用简单的命令来得更快速。

  统一指令编码(例如,所有指令中的op-code永远位于同样的位位置、等长指令),可快速解译∶

  泛用的缓存器,所有缓存器可用于所有内容,以及编译器设计的单纯化(不过缓存器中区分了整数和浮点数);

  硬件中支持少数数据型别(例如,一些CISC计算机中存有处理字节字符串的指令。这在RISC计算机中不太可能出现)。

  RISC设计上同时也有哈佛内存模块特色,凡指令流和数据流在概念上分开;这意味着更改代码存在的内存地址对处理器执行过的指令没有影响(因为CPU有着独立的指令和数据缓存),至少在特殊的同步指令发出前。在另一面,这允许指令缓存和数据缓存同时被访问,通常能改进运行效率。

  许多早期的RISC设计同样共享着不好的副作用——转移延时槽,转移延时槽是指一个跳转或转移指令之后的指令空间。无论转移是否发生,空间中的指令将被执行(或者说是转移效果被延迟)。这些指令让CPU的算术和逻辑单元(ALU)繁忙比通常执行转移所需更多的时间。现在转移延时槽被认为是实现特定RISC设计的副作用,现代的RISC设计通常避免了这个问题(如PowerPC,最近的SPARC版本,MIPS)。

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