64位mips的起源,回顾及展望

《64位mips的起源,回顾及展望》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、64位MIPS的起源,回顾及展望

2、第1早在20世纪80年代中期，摩尔定律就已经为集成电路的设计人员带来了严峻的挑战。如何使用所有这些复杂的晶体管？对于新型RISC处理器的设计人员来说，处理器要求的晶体管体积更小，数量更多。因此，在1988年开始定义MIPSR2/3000的后续产品时，我们在继续采用RISC原理的同时，也在寻求可以使用更多晶体管的方法。当时存在的一些问题和发展趋势，不仅使我们的工作迷失了方向，而且也使R4000处理器陷入困境。第一个问题或者说是机遇（视您的观点而定）是在试图实现较低的每指令周期（CPI

3、）时认识到大量高速缓存的重要性，因为对CPI降级起最大作用的是由高速缓存故障所引起的处理器失速。可接受的最低高速缓存大小约8Kbytes，分别用于指令和数据，表明这些高速缓存在R2/3000系列处理器中均是外部的。然而，CPI当然不会是整个决定因素。总体计算吞吐量是IPC（1/CPI）和频率的乘积，而在R2/3000家族中，处理器频率受限于这些相同外部高速缓存的访问速度。将内部高速缓存和外部高速缓存的最高频率和最大高速缓存大小的频率与IPC乘积绘制成图，使我们能够迅速评估相关的折衷方法。从图上来看，由于CPI改进在

4、32Kbyte之上趋于平缓，但是性能改进因频率增加而继续呈线性发展，因而它非常有利于集成高速缓存。在采用1.0微米技术的R4000中，我们最后以8KByte指令与数据高速缓存而告终。一旦集成了高速缓存，就有机会通过将高速缓存访问管道化来进一步提高频率。甚至有可能在必要时，在地址解码和阵列存取之间放置管道注册器。对于R4000，2周期高速缓存访问可以产生一个8阶管道，而R2/3000却只能产生5阶单周期高速缓存访问。通过RISC架构开创先河，使用更出色的管道粒度的技术称为超级流水线，后来在x86架构实施中发挥到极至。

5、虽然这不像高速缓存的使用那么明显，但是随着相对于额外长度近似线性的增长，加深管道同样也要使用更多的晶体管。这种线性增长适用于控制逻辑和数据路径逻辑。另一个趋势是，通过广泛采用IEEE754浮点标准及其在CAD应用、打印以及成像市场中的普遍使用，为硬件浮点的集成提供了更为强大的推动力。独立支持除法和方根、完全管道化的浮点乘积单位复杂性约等于整数单位的复杂性。现在对于浮点来说，主导数据类型是双精度，或为了实现快速实施而需要64位宽数据路径的64位浮点。如果要提供带有数据的64位浮点单位，则需要数据高速缓存的宽度也是64

6、位。因此，我们拥有64位浮点单位、64位数据高速缓存等等……最后，根据操作系统专家观察，地址位正以一个速率逐渐被消耗，此速率可以在R4000的周期内获得所需的64位寻址——行业已经迫不及待地“消化”了4、8和16位，并且正忙于“咀嚼”32位。虽然这对R4000自身来说并不是一个极为乐观的前景，但是64位MMU架构和指令扩展了当今幸存R4000的开发范围，并且成为所有64位MIPS实施的基础。拥有64位寻址并不意味着拥有64位整数单位，但是将分段用在x86架构中的想法对于RISC的支持者来说是十分可怕的，对于编译人员

7、和操作系统技术人员来说尤为如此。如今，64位寻址变得越来越普遍，英特尔和AMD最近推出计算64位处理器便是一个有力的见证。而且，将64位用于数据处理将冲击新兴的高性能网络市场。总之，对64位寻址、可输送64位浮点单位的64位宽数据高速缓存、可轻松扩展至后向兼容64位架构的纯32位RISC架构的期待，以及相信最终架构能够长期立于不败之地的信心开创了引人注目的前景。64位R4000从此诞生。就此，QuantumEffectDevices(QED)公司崭露头角。QED是一家致力于CMOSVLSI的MIPS计算机系统公司，

8、其开发了一款MIPS架构的处理器——R4600。该处理器专门面向嵌入市场，并在设计方面战胜了思科、朗讯、ExtremeNeticrosoft开发用于各种嵌入应用的IPS处理器——R4300。NEC的处理器为Nintendo-64及惠普的高性能激光打印机系列提供了强劲的动力。紧随R4600/R4300系列之后，QED运用SGI提供的基金，为NEC和IDT开发了R5000。R5000不仅向R4600增加了工作站类型的浮点，而且再次将高速缓存大小加倍。该款处理器为网络与打印市场中的第二代设计奠定了坚实的基础。0.25微米

9、新型处理工艺刚刚兴起，此时消耗的晶体管更多。回顾上述分析，随着高速缓存大小的提高CPI改进显示出衰减，您可以看到停止长度(stalllength)影响着衰减发生的位置。如果DRAM速度的增长速率与处理器速度的增长速率相同，就不会产生任何影响，因为在测定处理器周期时，停止的长度将保持恒定。由于各种原因，此处不再赘述，DRAM的速度并不能与处理器的速度保持一致；