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RISC

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  RISC(reduced instruction set computer,精简指令集计算机)是一种执行较少类型计算机指令的微处理器,起源于80年代的MIPS主机(即RISC机),RISC机中采用的微处理器统称RISC处理器。这样一来,它能够以更快的速度执行操作(每秒执行更多百万条指令,即MIPS)。因为计算机执行每个指令类型都需要额外的晶体管和电路元件,计算机指令集越大就会使微处理器更复杂,执行操作也会更慢。
  纽约约克镇IBM研究中心的John Cocke证明,计算机中约20%的指令承担了80%的工作,于1974年,他提出RISC的概念。第一台得益于这个发现的电脑是1980年IBM的PC/XT。再后来,IBM的RISC System/6000也使用了这个思想。RISC这个词本身属于伯克利加利福尼亚大学的一个教师David Patterson。RISC这个概念还被用在Sun公司的SPARC微处理器中,并促成了现在所谓的MIPS技术的建立,它是Silicon Graphics的一部分。许多当前的微芯片现在都使用RISC概念。
  RISC概念已经引领了微处理器设计的一个更深层次的思索。设计中必须考虑到:指令应该如何较好的映射到微处理器的时钟速度上(理想情况下,一条指令应在一个时钟周期内执行完);体系结构需要多“简单”;以及在不诉诸于软件的帮助下,微芯片本身能做多少工作等等。
  除了性能的改进,RISC的一些优点以及相关的设计改进还有:
  @如果一个新的微处理器其目标之一是不那么复杂,那么其开发与测试将会更快。
  @使用微处理器指令的操作系统及应用程序的程序员将会发现,使用更小的指令集使得代码开发变得更加容易。
  @RISC的简单使得在选择如何使用微处理器上的空间时拥有更多的自由。
  @比起从前,高级语言编译器能产生更有效的代码,因为编译器使用RISC机器上的更小的指令集。
  除了RISC,任何全指令集计算机都使用的是复杂指令集计算(CISC)。
RISC典型范例如:MIPS R3000、HP—PA8000系列,Motorola M88000等均属于RISC微处理器。
RISC主要特点:
RISC微处理器不仅精简了指令系统,采用超标量和超流水线结构;它们的指令数目只有几十条,却大大增强了并行处理能力。如:1987年Sun Microsystem公司推出的SPARC芯片就是一种超标量结构的RISC处理器。而SGI公司推出的MIPS处理器则采用超流水线结构,这些RISC处理器在构建并行精简指令系统多处理机中起着核心的作用。
RISC处理器是当今UNIX领域64位多处理机的主流芯片
性能特点一:由于指令集简化后,流水线以及常用指令均可用硬件执行;
性能特点二:采用大量的寄存器,使大部分指令操作都在寄存器之间进行,提高了处理速度;
性能特点三:采用缓存—主机—外存三级存储结构,使取数与存数指令分开执行,使处理器可以完成尽可能多的工作,且不因从存储器存取信息而放慢处理速度。
应用特点;由于RISC处理器指令简单、采用硬布线控制逻辑、处理能力强、速度快,世界上绝大部分UNIX工作站和服务器厂商均采用RISC芯片作CPU用。如原DEC的Alpha21364、IBM的Power PC G4、HP的PA—8900、SGI的R12000A和SUN Microsystem公司的Ultra SPARC ║。
运行特点:
RISC芯片的工作频率一般在400MHZ数量级。时钟频率低,功率消耗少,温升也少,机器不易发生故障和老化,提高了系统的可靠性。单一指令周期容纳多部并行操作。在RISC微处理器发展过程中。曾产生了超长指令字(VLIW)微处理器,它使用非常长的指令组合,把许多条指令连在一起,以能并行执行。VLIW处理器的基本模型是标量代码的执行模型,使每个机器周期内有多个操作。有些RISC处理器中也采用少数VLIW指令来提高处理速度。
RISC 和CISC 是目前设计制造微处理器的两种典型技术,虽然它们都是试图在体系结构、操作运行、软件硬件、编译时间和运行时间等诸多因素中做出某种平衡,以求达到高效的目的,但采用的方法不同,因此,在很多方面差异很大,它们主要有:
(1) 指令系统:RISC 设计者把主要精力放在那些经常使用的指令上,尽量使它们具有简单高效的特色。对不常用的功能,常通过组合指令来完成。因此,在RISC 机器上实现特殊功能时,效率可能较低。但可以利用流水技术和超标量技术加以改进和弥补。而CISC 计算机的指令系统比较丰富,有专用指令来完成特定的功能。因此,处理特殊任务效率较高。
(2) 存储器操作:RISC 对存储器操作有限制,使控制简单化;而CISC 机器的存储器操作指令多,操作直接。
(3) 程序:RISC 汇编语言程序一般需要较大的内存空间,实现特殊功能时程序复杂,不易设计;而CISC 汇编语言程序编程相对简单,科学计算及复杂操作的程序社设计相对容易,效率较高。
(4) 中断:RISC 机器在一条指令执行的适当地方可以响应中断;而CISC 机器是在一条指令执行结束后响应中断。
(5) CPU:RISC CPU 包含有较少的单元电路,因而面积小、功耗低;而CISC CPU 包含有丰富的电路单元,因而功能强、面积大、功耗大。
(6) 设计周期:RISC 微处理器结构简单,布局紧凑,设计周期短,且易于采用最新技术;CISC 微处理器结构复杂,设计周期长。
(7) 用户使用:RISC 微处理器结构简单,指令规整,性能容易把握,易学易用;CISC微处理器结构复杂,功能强大,实现特殊功能容易。
(8) 应用范围:由于RISC 指令系统的确定与特定的应用领域有关,故RISC 机器更适合于专用机;而CISC 机器则更适合于通用机。



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CPU    处理器    芯片    

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yccnankai    


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