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2012年(72)

我的朋友

分类: 系统运维

2012-06-19 17:30:50

RISC技术问题  如果你是电脑初学爱好者,并想从事电脑的开发、学习,那你应认真读一读,因为它是计算机技术中一个相当重要的环节。
  首先,要了解RISC技术就该从计算机的指令谈起,我们都知道计算机的工作就是取指令、执行指令,一条指令一般给出的是操作码和地址码,这是基本的结构,然而指令又涉及以下几个问题。首先指令字长有多少位,是定字长还是变字长;其次,操作码结构需几位,位数是定量还是浮动量;再次,地址的结构和寻址方式如何。这种种因素使计算机指令产生了“简单指令”和“复杂指令”之分。70年代以前的计算机均用传统的CISC指令结构,即完全采用复杂指令来支持高级语言、应用程序和操作系统。这种PC不但成本高且效率较低,速度受限,后来人们发现机器执行的指令中85%左右的都是简单指令,复杂指令甚少,因此开始研制精简指令系统计算机(RISC)。自从Intel的Pentium问世以来(92年末),RISC技术更是得到了广泛的应用,并开始渗透到小、中、大型机领域,可谓发展前景一片光明。
影响因素  下面具体谈谈RISC技术。CPU执行运算速度受三个因素的影响:
  (1)程序中指令数I;
  (2)每条指令执行所用周期数CPI;
  (3)周期时间T。
优化措施  这三者又有:程序执行时间=I*CPI*T,因此,从这个等式可看出减小其中任一个都可提高CPU的速度,因此RISC技术就从这三方面下手,对I、CPI、T进行优化改良,其措施如下:
  1、采用多级指令流水线结构
  采用流水线技术可使每一时刻都有多条指令重叠执行,以减小CPI的值,使CPU不浪费空周期。实例:Pentium Ⅱ/Pro/Celeron可同时发出执行五条指令,AMD-K6/K6-2可同时发出六条指令。
  2、选取机器中使用频率最高的简单指令及部分复杂指令
  这样可减小时钟周期数量,提高CPU速度,其实质是减小CPI下的值实现。实例:选取运算指令、加载、存储指令和转移指令作主指令集。
  3、采用加载(Load)、存储(Store)结构
  只允许Load和Store指令执行存储器操作,其余指令均对寄存器操作。实例:Amd-K6/K6-2、PⅡ/Celeron/Pro均支持对寄存器的直接操作和重新命名,并大大增加通用寄存器的数量。
  4、延迟加载指令和转移指令
  由于数据从存储器到寄存器存在二者速度差、转移指令要进行入口地址的计算,这使CPU执行速度大大受限,因此,RISC技术为保证流水线高速运行,在它们之间允许加一条不相关的可立即执行的指令,以提高速度。实例:主要体现于预测执行、非顺序执行和数据传输等方面,除Intel P54/55C不支持,像K6-2、PⅡ均支持。
  5、采用高速缓存(cache)结构
  为保证指令不间断地传送给CPU运算器,CPU设置了一定大小的Cache以扩展存储器的带宽,满足CPU频繁取指需求,一般有两个独立Cache,分别存放“指令+数据”。实例:PⅡ/Celeron:16K+16K,AMD-K6/K6-2为32K+32K,Cyrix MⅡ:64K(实也为2个32K Cache,此作共享Cache),PⅡ还加了L2 Cache,更是大幅提高了CPU速度。
  以上简谈了RISC的精髓,望对计算机爱好者有所帮助,希望你能在通向计算机宝库的大道上迈进一步
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