RISC Reduced Instruction Set Computer 精簡指令集計算機
RISC Reduced Instruction System Computer 精簡指令系統(tǒng)計算機
1. Reduced Instruction System Computer -- 精簡指令系統(tǒng)計算機
2. Reduced Instruction Set Computer -- 精簡指令集計算機
RISC(reduced instruction set computer,精簡指令集計算機)是一種執(zhí)行較少類型計算機指令的微處理器,起源于80年代的MIPS主機(即RISC機),RISC機中采用的微處理器統(tǒng)稱RISC處理器。這樣一來,它能夠以更快的速度執(zhí)行操作(每秒執(zhí)行更多百萬條指令,即MIPS)。因為計算機執(zhí)行每個指令類型都需要額外的晶體管和電路元件,計算機指令集越大就會使微處理器更復(fù)雜,執(zhí)行操作也會更慢。
紐約約克鎮(zhèn)IBM研究中心的John Cocke證明,計算機中約20%的指令承擔了80%的工作,于1974年,他提出RISC的概念。第一臺得益于這個發(fā)現(xiàn)的電腦是1980年IBM的PC/XT。再后來,IBM的RISC System/6000也使用了這個思想。RISC這個詞本身屬于伯克利加利福尼亞大學的一個教師David Patterson。RISC這個概念還被用在Sun公司的SPARC微處理器中,并促成了現(xiàn)在所謂的MIPS技術(shù)的建立,它是Silicon Graphics的一部分。許多當前的微芯片現(xiàn)在都使用RISC概念。
RISC概念已經(jīng)引領(lǐng)了微處理器設(shè)計的一個更深層次的思索。設(shè)計中必須考慮到:指令應(yīng)該如何較好的映射到微處理器的時鐘速度上(理想情況下,一條指令應(yīng)在一個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行完);體系結(jié)構(gòu)需要多“簡單”;以及在不訴諸于軟件的幫助下,微芯片本身能做多少工作等等。
除了性能的改進,RISC的一些優(yōu)點以及相關(guān)的設(shè)計改進還有:
@如果一個新的微處理器其目標之一是不那么復(fù)雜,那么其開發(fā)與測試將會更快。
@使用微處理器指令的操作系統(tǒng)及應(yīng)用程序的程序員將會發(fā)現(xiàn),使用更小的指令集使得代碼開發(fā)變得更加容易。
@RISC的簡單使得在選擇如何使用微處理器上的空間時擁有更多的自由。
@比起從前,高級語言編譯器能產(chǎn)生更有效的代碼,因為編譯器使用RISC機器上的更小的指令集。
除了RISC,任何全指令集計算機都使用的是復(fù)雜指令集計算(CISC)。
RISC典型范例如:MIPS R3000、HP—PA8000系列,Motorola M88000等均屬于RISC微處理器。
RISC主要特點:
RISC微處理器不僅精簡了指令系統(tǒng),采用超標量和超流水線結(jié)構(gòu);它們的指令數(shù)目只有幾十條,卻大大增強了并行處理能力。如:1987年Sun Microsystem公司推出的SPARC芯片就是一種超標量結(jié)構(gòu)的RISC處理器。而SGI公司推出的MIPS處理器則采用超流水線結(jié)構(gòu),這些RISC處理器在構(gòu)建并行精簡指令系統(tǒng)多處理機中起著核心的作用。
RISC處理器是當今UNIX領(lǐng)域64位多處理機的主流芯片
性能特點一:由于指令集簡化后,流水線以及常用指令均可用硬件執(zhí)行;
性能特點二: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;
性能特點三:采用緩存—主機—外存三級存儲結(jié)構(gòu),使取數(shù)與存數(shù)指令分開執(zhí)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(yīng)用特點;由于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(wù)器廠商均采用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 ║。
運行特點:
RISC芯片的工作頻率一般在400MHZ數(shù)量級。時鐘頻率低,功率消耗少,溫升也少,機器不易發(fā)生故障和老化,提高了系統(tǒng)的可靠性。單一指令周期容納多部并行操作。在RISC微處理器發(fā)展過程中。曾產(chǎn)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,以能并行執(zhí)行。VLIW處理器的基本模型是標量代碼的執(zhí)行模型,使每個機器周期內(nèi)有多個操作。有些RISC處理器中也采用少數(shù)VLIW指令來提高處理速度。