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RISC和PowerPC

RISC和PowerPC

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【摘要】:

RISC(精简指令集计算机RISC:Reduced Instruction Set Computing)一种指令长度较短的计算机,是一种执行较少类型计算机指令的微处理器,其运行速度比CISC要快,RISC 的指令系统相对简单,它只要求硬件执行很有限且常用的那部分指令,大部分复杂的操作则使用成熟的编译技术,由简单指令合成。目前在中高档服务器中普遍采用这一指令系统的 CPU ,特别是高档服务器全都采用 RISC 指令系统的 CPU 。

PowerPC(Performance Optimization With Enhanced RISC – Performance Computing)是一种精简指令集(RISC)架构的中央处理器(CPU), PowerPC体系结构规范发布于1993年,它是一个64位规范(也包含32位子集)。几乎所有常规的PowerPC(除了新型号IBM RS/6000和所有IBM pSeries高端服务器)都是32位的。

 

RISC在保持成本降低的同时能很好地提高速度,由于RISC指令集清简,使之只需相对小而简单控制单元的译码和硬件执行子系统。通过减少VLSI芯片上控制单元面积和放置大量一致的寄存器,可以提高芯片的正则化因子(regulariZationfaetor)。基本上,正则化因子越高,VLSI设计成本越低。有利于使用GaAs(砷化稼)VLSI芯片的实现技术,因其适于制造密度较高的芯片。总之,是降低了复杂程序,简化了结构。

速度高。RISC特点之一是指令流水线,而指令长短和执行时间的致性,使流水中的等待和保持时间减少。这些因素有利提高计算速度。RISC中较简单和较小的控制单元中的门也较少,这使控制单元信号的传送路径较短,使操作速度加快。指令集的精简,导致译码系统小而简单,供RISC的译码速度加快。硬连线所减少的控制单元,使RISC比通常由微程序控制的系统执行起来要快。相对大的CPU寄存器,减少了CPU与内存间取指,存数等操作的冲突;大的寄存器组可用来存贮调用过程被调用过程之间传递的参数,存贮中断程序的有关信息,否则,这些信息只能保存在内存中。所有这些都节约了大量的计算机处理时间。优化编译中的分支延迟技术也对提高速度作出了贡献。总的看,在功能大致相同的情况下,RISC一般是CISC处理速度的2~4倍。

降低设计成本,提高可靠性。CPU相对小而简单的控制单元通常会导致下列成本及可靠性方面的益处:a.RISC控制单元的设计时间缩短,这可使整个设计成本降低。b.短的设计时间使产品在设计完成时被废弃的可能性减少。c.较简单,较小的控制单元能减少设计错误,从而提高可靠性;而且,定位和修正错误也比CISC容易。d.因指令格式l(或2种)简而少,所有指令又有规范长度,所以指令不会越过字界限,也不会跨越虚存(iVrtualMemory)中不同的页,这排除了虚存管理子系统设计中潜在的困难。

支持高级语言,而不支持汇编语言。从CISC向RISC演变的过程,类似于汇编语言向高级语言的发展过程。用汇编语言写程序要使用一些精心设计的复杂指令,而高级语言的编写几乎不同复杂指令。RISC在追求精简指令的同时,把体系结构和优化编译的设计紧密结合起来,使综合结果引起整体性能的改善。如果说RISC得以发展是基于VLSI技术和编译技术的提高,那么可以理解为用复杂的编译代替了复杂的指令系统,甚至可认为是把硬件的难题转移给了软件。而近年来智能型编译器的迅速发展,能很方便地胜任这项任务,RISC的优势也许正在于此。传统的CISC必有复杂的微码编写与设计工作,使用汇编语言又涉及汇编程序的研制,这些都很费人力和时间。RISC更利于支持高级语言,这也是长以来计算机面临的“软件危机”得以解决的途径之一。RISC的成功在于软件的兼容性。只要通过重新编译使源程级兼容,则已有的软件可方便地在RISC机上运行。

编程者(用户)得到的好处。简化了的结构使编程者也得到了很多好处,一个更为统一的指令集用起来很方便。由于指令数和周期数之间有一个比较严格的对应关系,代码优化的真实效果就容易度量。编程者对于硬件的把握更为准确。

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