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RISC(reduced instruction set computer)精簡指令集計算機
簡介
精簡指令集,是計算機中央處理器的一種設計模式,也被稱為RISC(Reduced Instruction Set Computer的縮寫)。[1] 這種設計思路對指令數目和尋址方式都做了精簡,使其實現更容易,指令並行執行程度更好,編譯器的效率更高。常用的精簡指令集微處理器包括DECAlpha、ARC、ARM、AVR、MIPS、PA-RISC、PowerArchitecture(包括PowerPC)和SPARC等。這種設計思路最早的產生緣自於有人發現,盡管傳統處理器設計了許多特性讓代碼編寫更加便捷,但這些復雜特性需要幾個指令周期才能實現,並且常常不被運行程序所采用。此外,處理器和主內存之間運行速度的差別也變得越來越大。在這些因素促使下,出現了一系列新技術,使處理器的指令得以流水執行,同時降低處理器訪問內存的次數。早期,這種指令集的特點是指令數目少,每條指令都采用標准字長、執行時間短、中央處理器的實現細節對於機器級程序是可見的。
發展前景
鑒於RISC的設計特點以及其無可比擬的優點,RISC體系結構處理器的發展方向:
一是增加處理器的並行性;
二是擴展支持可伸縮並行計算機系統的功能;
三是提高工藝水平。最終RISC與DSP在嵌入式應用中完美融合,密不可分。
RISC微處理器不僅精簡了指令系統,采用超標量和超流水線結構;它們的指令數目只有幾十條,卻大大增強了並行處理能力。如:1987年SunMicrosystem公司推出的SPARC芯片就是一種超標量結構的RISC處理器。而SGI公司推出的MIPS處理器則采用超流水線結構,這些RISC處理器在構建並行精簡指令系統多處理機中起著核心的作用。RISC處理器是當今UNIX領域64位多處理機的主流芯片。
性能特點
一:由於指令集簡化後,流水線以及常用指令均可用硬件執行;
二:采用大量的寄存器,使大部分指令操作都在寄存器之間進行,提高了處理速度;
三:采用緩存—主機—外存三級存儲結構,使取數與存數指令分開執行,使處理器可以完成盡可能多的工作,且不因從存儲器存取信息而放慢處理速度。
應用特點
由於RISC處理器指令簡單、采用硬布線控制邏輯、處理能力強、速度快,世界上絕大部分UNIX工作站和服務器廠商均采用RISC芯片作CPU用。如原DEC的Alpha21364、IBM的PowerPCG4、HP的PA—8900、SGI的R12000A和SUNMicrosystem公司的UltraSPARC║。
運行特點
RISC芯片的工作頻率一般在400MHZ數量級。時鐘頻率低,功率消耗少,溫升也少,機器不易發生故障和老化,提高了系統的可靠性。單一指令周期容納多部並行操作。在RISC微處理器發展過程中。曾產生了超長指令字(VLIW)微處理器,它使用非常長的指令組合,把許多條指令連在一起,以能並行執行。VLIW處理器的基本模型是標量代碼的執行模型,使每個機器周期內有多個操作。有些RISC處理器中也采用少數VLIW指令來提高處理速度。
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