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了解“risc”技术
加入时间:2003年9月4日 显示次数:5546
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相信大家在日常电脑使用或cpu的广告介绍中时常听到见到“risc”这个词,什么pentium ⅱ/pro采用先进risc技术……k6采用risc86结构,从而……总之大凡稍高档点的中央处理器都称采用risc技术,那么risc究竟是什么东西呢?
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。
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。
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 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。
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