计算机体系结构和risc技术发展的分析

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1、计算机体系结构和RISC技术发展的分析摘要:该文系统概述了现代计算机的两种主要体系结构CISC体系和RISC体系,叙述了当代RISC主流技术及主要特征，以及发展趋势，展望了未来计算机体系发展方向。关键词:CISCRISC,体系结构ANALYSISOfDevelopmentTrendOfputerArchitectureAndRISCTechnologySUNYang(informationandengineeringofjimeiuniversity,361021,china)ABSTRACT:thisp

2、apermainlyintroduceCISCarchitectureandRISCarchitectureofmodernpterandpointsoutcurrentRISCprimarytechnology,characteristics,andthedevelopmenttrend.thenrespectsthedevelopingtrendoffutureputerarchitecture.keyIPS，POWERPC，ALPHA等，不管是CISC体系结构还是RISC体系结构，人们在计算机体系结

3、构的设计上都追求了二个方面的目标。2．CISC和RISC的区别CISC体系的指令集由微程序来实现，也就是说它的每一个操作均由若干微操作的程序组合来实现，所以CISC可以使用微指令编程的方式来实现多种和功能较复杂的指令。在RISC体系的指令集中，它的每一条指令直接由硬布线来实现。这就是说它的每条指令执行原则上有自己一套逻辑组合的时序电路直接实现，所以单条指令实现所占用的硬件资源相应要多。因为RISC体系没有能采用增加单条指令的功能或提高指令语义，也没有去增多指令的条数，而是集中于它的精简指令集上。RISC将

4、把用户使用频率高的，数量少的指令通过硬件实现。其基本特征是指令单周期执行，一个周期内比CISC计算机有更高的指令吞吐率，且指令系统非常简单。RISC的思想认为，只要给一个基本的指令，就能产生一个丰富的软件系统。如果说CISC是计算机技术发展的天然产物，那么RISC应该是计算机技术发展的必然产物。两者之间的风格主要差异表现在两种体系结构的设计思想不同。计算机的一个最重要的性能是速度，一般用执行程序的时间来测量其速度。一个程序的执行时间等于其中的指令数乘以每条指令的执行时间，每条指令的执行时间等于每条指令执行

5、的周期数和每周期的时间（即主频的倒数）。即TCPU＝IN╳CPI╳TC，速度可从以下方面来提高：（1）提高主频，则一个周期内的门的级数要少，器件的延时要小，现代工艺的迅速发展使器件的延时越来越小，主频也越来越高。（2）提高每条指令执行的周期数小。（3）可通过提高指令的语义级别来达到提高机器速度。由此可见，CISC体系主要通过提高指令语义级别来减少实现程序的指令条数。简化编译。但实际上指令系统中加入许多新的复杂指令后，并没有是编译简化。相反，由于复杂指令的加入，使得编译软件的设计更加困难，因为编译的基本任务

6、是完成大量的各种分情况（CASE）分析，指令系统越复杂，则分情况的数目就越多。分析就越困难，需要的时间就越长，而且就越难获得关于代码生成的优化结果，统计表明，实际程序在执行过程中80％－90％的时间是花在占指令系统10％－20％的常用简单指令上。上述的情况使得CISC设计风格不可能成为经济有效的设计风格。而RISC体系的指令简单，指令集较小，指令语义低，几乎每条指令都是单周期执行，控制简单，基本是一些简单的逻辑电路，因此采用逻辑硬布线。这样可以减少单条指令周期，提高系统主频来提高指令执行速度。为了能有效地

7、支持高级语言并提高CPU性能，在统计测试地基础上，RISC结构采用了以下一些特殊技术。1．在CPU中设置了较大量地寄存器，并采用窗口重叠寄存器技术。2．采用优化延迟转移技术。3．采用比较转移指令。4．采用优化编译技术。RISC技术经过近十几年的发展，已逐步完善和成熟，已从大学实验样机变成为工业界广泛接受并已大规模生产的产品，实践越来越证明它具有广阔的应用前景，小到专用的嵌入式控制器，大到组成小巨型机乃至巨型机和大规模并行机，RISC芯片已成为应用主流。3．RISC的发展趋势研究RISC要达到很高的性能，必

8、须有相应的技术支持。目前，在RISC处理机中的发展趋势是对以下几种关键技术方面进行研究。1）延时转移技术－在RISC处理机中，指令一般采用流水线方式工作。取指令和执行指令并行进行。如果取指令和执行指令各需要一个周期，那么，在正常情况下，每一个周期就能执行完一条指令。然而，在遇到转移指令时，流水线就可能断流。2)采用指令延迟转移技术时，指令序列的调整由编译器自动进行，一般不需要人来干预．但是如果要在目标程序中进行，就很容易引起人