CPU核心指令集发展回顾.doc

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1、CPU核心指令集发展回顾CPU作为一台电脑中的核心它的作川是无法替代的。而CPU本身只是在块硅晶片上所集成的超大规模的集成电路，集成的晶体管数量可达到上亿个，是由非常先进复杂的制造T艺制造出来的，拥有相当高的科技含量。然而如此一颗精密的芯片为什么能够控制一个庞大而复杂的电脑系统呢？这就是CPU中所集成的指令集。所谓指令集，就是CPU中用来计算和控制计算机系统的一套指令的集合，而每一种新型的CPU在设计时就规定了一系列与其他硬件电路相配合的指令系统。而指令集的先进与否，也关系到CPU的性能发挥，它也是CPU性能体现的一个重要标oCPU的指令集从主流的体系结构上分为精简指令集

2、和复杂指令集，而在普通的计算机处理器基本上是使用的复杂指令集。在计算机早期的发展过程中，CPU中的指令集是没有划分类型的，而是都将各种程序需耍相配合的指令集成到CPU中，但是随着科技的进步，计算机的功能也越来越强大，计算机内部的元件也越来越多，而且越来越复杂，CPU的指令也相应的变得十分复杂，而在使川过程中，并不是每一条指令都要完全被执行，在技术人员的研究过程中发现，约有80%的程序只川到了20%的指令，而一些过于冗余的指令严重影响到了计算机的工作效率，就这一现象，精简指令集的概念就被提了出來。精简指令集RISC就是(ReducedInstructionSetComput

3、ing)的缩写，而复杂指令集CISC则是(ComplexInstructionSetComputing)的缩写。它们Z间的不同之处就在于RISC指令集的指令数目少，而且每条指令采川相同的字节长度，一般长度为4个字节，并且在字边界上对齐，字段位置固定，特别是操作码的位置。而CISC指令集特点就是指令数目多而且复杂，每条指令的长度也不相等。在操作上，RISC指令集中大多数操作都是寄存器到寄存器之间的操作，只以简单的Load(读取)和Sotre(存储)操作访问内存地址。因此，每条指令中访问的内存地址不会超过1个，指令访问内存的操作不会与算术操作混在一起。在功能上，RISC指令集

4、也要比复杂指令集具有优势，精简指令集可以大大简化处理器的控制器和其他功能单元的设计，不必使用大量专用寄存器，特别是允许以硬件线路来实现指令操作，从而节约的处理器的制造成本。而采川CISC指令集的处理器是使川微程序来实现指令操作，在执行速度上不如RISC指令集。另外，RISC还加强了并行处理能力，非常适合于采川处理器的流水线、超流水线和超标量技术，从而实现指令级并行操作，提高处理器的性能。而且随着VLSI（VeryLargeScaleIntegration超大规模集成电路）技术的发展，整个处理器的核心甚至多个处理器核心都可以集成在一个芯片上。RISC指令集的体系结构可以给设

5、计单芯多核处理器带来很多好处，有利于处理器的性能提咼。由于RISC指令集自身的优势，在处理器的高端服务器领域的处理器上得到了广泛的运用，而CISC指令集主要运用桌面领域的处理器产品中，比如Intel的Pentium系列和AMD的K8系列处理器。然而现在RISC指令集也不断地向桌面领域渗入，相信以后的处理器指令集会慢慢的向RISC体系靠拢，使得处理器的指令集结构更加完善，功能更为强大，技术也越来越成熟。而说到指令集的发展，就不得提到目前主流处理器所采用的X86架构。所谓X86架构的处理器就是采用了IntelX86指令集的处理器X86指令集是Intel公司为其第一块16位处理

6、器i8086所专门开发的。而IBM在1981年所推出的第一台PC机上所使用的处理器18088（18086的简化版）也是使用的X86指令集，但是为了增加计算机的浮点运算能力，增加了X87数学协助处理器和加入了X87指令集，丁是就将采用了X86指令集和X87指令集的处理器统称为X86架构的处理器。第一块支持X86指令集的Inteli8086处理器到目前为止，Intel公司所生产的大部分处理器都是属于X86架构的处理器，包括像i80386、180486和Pentium系列处理器等等。而Intel公司以外AMD和Cyrix等厂商也在生产集成了X86指令集的处理器产品，而这些处理器

7、都能够与支持Intel处理器的软件和硬件相兼容，所以也就形成了今天庞大的X86架构的处理器阵容。然而随着处理器技术的发展，虽然处理器的主频和制造工艺都有一定的进步，但是处理器的性能确不能非常明显的提高，其中一个非常重要的原因就是受到了X86所采用的SISC指令集的限制。这一点Intel方面也非常清楚。而目前IA-32(IntelArchitechure-32英特尔32位体系架构)的X86系列处理器存在着一系列的问题，使得Intel方面已经打算放弃X86指令体系处理器的发型，而将重点放在下一代的IA-64体系处理器和EPIC(E