电子信息工程053
李寿春
1引言
11CPU简介
CPU从最初发展至今已经有二十多年的历史了，这期间，按照其处理信息的字长，CPU可以分为：四位微处理器、八位微处理器、十六位微处理器、三十二位微处理器以及六十四位微处理器等等。如今，我们常见的知道的CPU基本上都是i
tel或amd的，但是除了I
tel或AMD的CPU，你可能还听说过的其它一些CPU，如HP的PARISCIBM的Power4和Su
的UltraSparc等，只是它们并不是我们个人计算机上通常使用的CPU，而是精简指令集运算（RISC）处理器。我们的个人电脑上用的CPU都是复杂指令集（CISC，“ComplexI
structio
SetComputer”的缩写）CPU，采用复杂指令系统的计算机有着较强的处理高级语言的能力，这对提高计算机的性能是有益的。当计算机的设计沿着这条道路发展时，有些人没有随波逐流，他们回过头去看一看过去走过的道路，开始怀疑这种传统的做法：IBM公司设在纽约Yorktow
的JhomasIWaso
研究中心于1975年组织力量研究指令系统的合理性问题，因为当时已感到，日趋庞杂的指令系统不但不易实现，而且还可能降低系统性能。1979年以帕特逊教授为首的一批科学家也开始在美国加册大学伯克莱分校开展这一研究。结果表明，CISC存在许多缺点。首先，在这种计算机中，各种指令的使用率相差悬殊：一个典型程序的运算过程所使用的80％指令，只占一个处理器指令系统的20％，事实上最频繁使用的指令是取、存和加这些最简单的指令，这样来，长期致力于复杂指令系统的设计，实际上是在设计一种难得在实践中用得上的指令系统的处理器；同时，复杂的指令系统必然带来结构的复杂性，这不但增加了设计的时间与成本还容易造成设计失误。此外，尽管VLSI（超大规模集成电路VeryLargeScaleI
tegratedcircuites技术现在已达到很高的水平，但也很难把CISC的全部硬件做在一个芯片上，这也妨碍单片计算机的发展。在CISC中，许多复杂指令需要极复杂的操作，这类指令多数是某种高级语言的直接翻版，因而通用性差。由于采用二级的微码执行方式，它也降低那些被频繁调
1
f电子信息工程053
李寿春
用的简单指令系统的运行速度。因而，针对CISC的这些弊病，帕特逊等人提出了精简指令的设想，即指令系统应当只包含那些使用频率很高的少量指令，并提供一些必要的指令以支持操作系统和高级语言。这样，RISC产生并发展了起来。RISC是英文“ReducedI
structio
SetComputi
gs”的缩写，中文意思是“精简指令集”。相对于CISC型CPU，RISC型CPU不仅精简了指令系统，还采用了一r