1674指令系統(tǒng)的發(fā)展和改進(編輯修改稿)
2024-08-13 19:14 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 20％的指令占據(jù)了 80％的處理機執(zhí)行時間。 ? 例如： 8088處理機的指令種類大約 100種 ? 前 11種 (11％ )指令的使用頻度已經(jīng)超過 80％ ? 前 8種 (8％ )指令的運行時間已經(jīng)超過 80％ ? 前 20種 (20％ )指令：使用頻度達到 ％，運行時間達到 ％ ? 其余 80％的指令：使用頻度只有 ％，％的處理機運行時間 從 CISC到 RISC（續(xù)） ? 軟硬件的功能分配問題 ? 復雜的指令使指令的執(zhí)行周期大大加長 一般 CISC處理機的指令平均執(zhí)行周期都在 4以上，有些在 10以上 ? CISC增強了指令系統(tǒng)功能，簡化了軟件，但硬件復雜了，設計周期加長。 RISC的定義 ? 卡內(nèi)基梅隆 (Carnegie Mellon)大學論述RISC的特點如下： ? 大多數(shù)指令在單周期內(nèi)完成 ? LOAD/STORE結構 ? 硬布線控制邏輯 ? 減少指令和尋址方式的種類 ? 固定的指令格式 ? 注重編譯的優(yōu)化 RISC的定義 ? 90年代初， IEEE的 Michael Slater對 RISC定義的描述： ? RISC為使流水線高效率執(zhí)行，應具有： ? 簡單而統(tǒng)一格式的指令譯碼 ? 大部分指令可以單周期執(zhí)行完成 ? 僅 Load和 Store指令可以訪問存儲器 ? 簡單的尋址方式 ? 采用延遲轉移技術 ? 采用 LOAD延遲技術 ? RISC為使優(yōu)化編譯器便于生成優(yōu)化代碼，應具有： ? 三地址指令格式、較多的寄存器、對稱的指令格式 減少 CPI是 RISC思想的精華 ? 程序執(zhí)行時間 的計算公式： P = I CPI T 其中： ? P是執(zhí)行這個程序所使用的總的時間； ? I是這個程序所需執(zhí)行的總的指令條數(shù)； ? CPI (Cycles Per Instruction)是每條指令執(zhí)行的平均周期數(shù) ? T是一個周期的時間長度。 ? RISC的速度要比 CISC快 3倍左右，關鍵是 RISC的 CPI減小了 ?同類問題的程序長度 ,RISC比 CISC長 30%~40% ?CPI， RISC比 CISC少 2倍 ~10倍 ?? ?RISC的速度要比 CISC快 3倍左右 ,關鍵是 RISC的CPI減小了 類型 CISC 指令條數(shù) I 指令平均周 期數(shù) CPI 周期時間 T 1 2～ 15 33ns～ 5ns RISC ～ ～ 10ns～ 2ns ? 硬件方面： ? 采用硬布線控制邏輯 ? 減少指令和尋址方式的種類 ? 使用固定的指令格式 ? 采用 LOAD/STORE結構 ? 指令執(zhí)行過程中設置多級流水線等。 ? 軟件方面： 十分強調(diào)優(yōu)化編譯技術的作用 ? RISC設計思想也可以用于 CISC中 例如： Intel公司的 80x86處理機的 CPI在不斷縮小 8088的 CPI大于 20 80286的 CPI大約是 80386的 CPI進一步減小到 4左右 80486的 CPI已經(jīng)接近 2 Pentium處理機的 CPI已經(jīng)與 RISC十分接近 目前，超標量、超流水線處理機的 CPI已經(jīng)達到 ，實際上用 IPC (Instruction Per Cycle)更確切。 RISC的設計原則 ? 使用頻度很高的指令 ? 大大減少尋址方式 ? 所有指令在一個機器周期完成 ? 擴大通用寄存器個數(shù) ? 采用硬聯(lián)控制實現(xiàn) ? 通過精簡指令和優(yōu)化設計編譯程序，易簡單有效的方式支持高級語言 Simple is fast,Small is fast CISC與 RISC的主要特征對比 功 能 CISC RISC 指令系統(tǒng) 復雜、龐大 簡單、精確 指令條數(shù) 200 100 指令格式 4 4 尋址方式 4 4 指令字長 不固定 32bit 可訪存指令 不加限制 只有 LOAD/STORE 各種指令使用頻率 相差太大 相差不大 各種指令執(zhí)行時間 相差太大 絕大多數(shù)一周期完成 優(yōu)化編譯系統(tǒng) 很難 較容易 程序源代碼長度 短 長
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