RISC处理器设计

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1、RISC处理器设计胡伟武复习指令系统结构ISA影响指令系统结构的因素工艺、系统结构、操作系统、编译、应用等指令系统的组成部分操作、操作数、编码堆栈型指令、累加器型指令、寄存器型指令RISC指令系统结构操作码：常用的十种操作占指令执行的96%操作数：load-store结构，简单寻址方式用得最多编码：定长RISC系统结构的简史CDC6600=>801,MIPS,RISC-2项目不同RISC结构的比较MIPS,Solaris,HP-PA,PowerPC二进制与逻辑电路计算机中数的表示CMOS门电路组合逻辑时序逻辑计算机中数的表示二进制最容易逻辑实现自然界中的二值系统较多“1”和“0”的表示用电

2、压的高低表示，半导体工艺，CMOS用磁通量的有无表示，超导体工艺用能级的高低表示，量子计算机用基因序列表示，A,G,C,T,DNA计算机，非二进制？超导计算---RSFQ技术(RapidSingleFluxQuantum)基本原理超导(4-5K)环中的磁通量具有量子化特性，设计电路使超导环中的磁通量只变化一个磁通量，用磁通量的有无来表示二进制数位的“1”和“0”。磁通量的变化由外加电流控制。SQUID(SuperconductingQuantumInterfaceDevice)电路特点工作频率高--100GHz(实验室已达370GHz,1.5工艺)。每个门的功率0.1W。工艺比较简

3、单。量子计算（1）量子力学特性量子叠加态(superposedstate)：量子器件的信息位称为量子位(qubit)，它可处于叠加态。叠加态可以是“0”也可以是“1”。通过测量或与其他物体发生相互作用可呈现出“0”态或“1”态。由于每个量子位都可以是“0”或“1”，n个量子位就可以表示2n个n位数。常规计算机的一个n位存储单元只能存放一个n位数，而n个量子位可以存放2n个n位数，可以实现超大容量的存储器。量子纠缠态(entangledstate)除了叠加态以外，用作运算的多个量子位还应处于纠缠态，即所有量子位的状态紧密相关。当测量某个量子位时，会影响其他量子位的测量结果。量子并行(qu

4、antumparallelism)计算f(x)时，可同时计算出x的所有值的f(x)。所以不需要多次循环，也不需要多个处理机并行计算。量子计算（2）应用领域大数N因子分解令n=log2N,经典算法所需步骤为2n/2，Shor量子并行算法所需步骤为Poly(n)，Poly(n)为n的多项式。该算法将NP问题转换为P问题。搜寻算法在N个元素的集合中搜寻某个元素，经典算法搜寻N/2次后，找到的概率为1/2，Grover量子搜寻算法则只需N1/2次，即可达到同样概率。量子系统模拟常规计算机不可能有效地模拟量子系统，因为它们的物理机制不同。用常规计算机模拟量子系统，所需的信息量和时间都

5、远大于模拟经典系统。量子计算可用于研究高温高密度等离子体、量子色动力学、晶体固态模型、分子行为的量子模型等。量子计算（3）物理实现量子位的实现任何两态的量子系统都可作为量子位，如原子的能级、电子或原子核的自旋、光子的正交偏振态等。量子计算机的实现有多种可能，包括：核磁共振（用磁场中的原子核自旋作为量子位）、离子阱（用被俘获在线性量子阱中的离子作为量子位）、硅基半导体量子器件（杂质核自旋与电子自旋相互作用）等。存在问题量子位的缠结态容易崩溃，位数越多，越难实现。量子器件之间的连接。为了维持量子逻辑的一致性，量子系统和环境的隔离。设备缺陷所引起的逻辑错误。分子计算机原理DNA计算机利用

6、DNA分子保存信息。DNA分子是由A,G,C,T四种核苷酸（碱基）组成的序列。不同的序列可用来表示不同的信息。通过DNA分子之间的一系列生化反应来进行运算，可产生表示结果的DNA分子。已解决了7个城市的旅行售货员等问题。优点高度并行所有DNA分子同时运算。能耗低半导体计算机的1010之一。存储密度大磁存储器的1012倍。缺点生化反应慢、操作有随机性、DNA分子容易水解、DNA分子之间难以通信。定点数的表示（1）原码：A=an-1an-2…...a1a0表示最高位an-1为符号位，0表示正，1表示负。其它位an-2…...a1a0表示数值。原码的问题：加减法效率低，两个“0”补码

7、本质是取模运算，如-2%12=10最高位an-1为符号位，0表示正，1表示负。A=an-1an-2…...a1a0表示(-2n-1an-1+an-2…...a1a0)an-1==0时，补码和原码一样，A表示正an-2…...a1a0。an-1==1时，A表示(-2n-1+an-2…...a1a0)。原码与补码的转换最高位为0时，一样最高位为1时，最高位不变，其余位“按位取反加一”。定点数的表示（2）补码运算取负数，每一位