处理器架构 (一)发展历史

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目前已存的指令集架构有4:

复杂指令集运算(Complex Instruction Set Computing,CISC);

精简指令集运算(Reduced Instruction Set Computing,RISC) ;

显式并行指令集运算(Explicitly Parallel Instruction Computing,EPIC); // EPIC是Intel和HP从VLIW中发展出来的,目前好像只有Intel的IA-64架构下的纯64位微处理器的Itanium/Itanium 2采用EPIC。

超长指令字指令集运算(VLIW) // 基于VLIW研发的CPU架构主要用于早期的小型机,现在已基本消亡

// 目前比较流行的指令集只剩下:CISC和RISC

历史发展

  • cisc的发展及问题

CISC在20世纪90年代前被广泛的使用,其特点是通过存放在只读存储器中的微码(microcode)来控制整个处理器的运行。早期的计算机部件比较昂贵,主频低,运算速度慢。为了提高运算速度,人们不得不将越来越多的复杂指令加入到指令系统中,以提高计算机的处理效率。随着需求的不断增加,设计的指令越来越多,为支持这些新增的指令并保持兼容以前的指令,计算的体系结构越来越复杂。
然而,在CISC指令集的各种指令中,其使用频率却相差悬殊,大约有20%的指令会被反复使用,占整个程序代码的80%。而余下的80%的指令却不经常使用,在程序设计中只占20%。

CISC:Intel和AMD的X86架构都是基于CISC,包括X86和X86-64
  • risc的萌芽及崛起


为改变这种状况,1980年Patterson和Ditzel 两位学者完成了一篇题为《精简指令集计算机概述》的开创性论文,全面提出了精简指令集的设计思想,随后,柏克来大学的研究生依照此理论基础,设计出了第一颗精简指令集处理器RISC I,这颗处理器远比当时已经相当流行的CISC处理器简单的多,在设计上所花费的功夫也降低许多,但整体功能上的表现却与CISC处理器不相上下。从此处理器设计方向便分别向着这两个大的方向发展。基于指令集的CPU架构。


RISC: 包括ARM架构、MIPS架构、IBM 的PowerPC架构、SUN 的 Ultra SPARC架构。

  • EPIC 的 萌芽及消亡


IA-64架构是英特尔为了全面提高以前IA-32位处理器的运算性能,是Intel和Hp共同开发了6年的64位CPU架构,是专为服务器市场开发的一种全新的处理器架构,它放弃了以前的x86架构,认为它严重阻碍了处理器的性能提高。它的最初应用是英特尔的Itanium(安腾)系列服务器处理器,2009年最新的Itanium 2系列处理器也是采用这一架构的。由于它不能很好地解决与以前32位应用程序的兼容,所以应用受到较大的限制,尽管目前Intel采取了各种软、硬方法来弥补这一不足,但随着AMD Operon处理器的全面投入,Intel的IA-64架构的这两款处理器前景不容乐观。


x86指令本身属于CISC体系,IA64具有部分RISC和CISC特性所以一般被独立看待

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