RISC体系结构设计及其研究

RISC(精简指令系统计算机)设计思想是采用精简而有效的指令系统,尽量使用寄存器—寄存器操作,而且使指令格式规则化并力求一致。这样可简化处理机内部结构,从而使大部分指令能在单周期内执行。再配上优化的编译技术,可以在较少集成度的基础上研制出性能较高的32位微处理机。在目前我国VLSI技术水平较低的情况下,RISC技术具有重要的实际意义。本文讨论RISC设计思想的由来与发展,RISC技术的研究及其方向。     

微型计算机技术新发展

微计算机技术发展令人眼花缭乱,一般认为有影响的三项技术,即RISC技术;小型超级机与多微计算机系统,VLSI技术。 1、RISC(简化指令系统计算机)技术 RISC技术的主要指导思想可归纳如下: (1) 把大量寄存器堆做在CPU芯片上     

精简指令系统的优化技术探究

目前人们使用计算器,其能够达到各种使用目的,都是通过计算机的程序实现的.而每一个程序都是利用了一系列的有序指令才可完成.计算机中的指令作为执行某种基本操作的命令,可以指示计算机硬件完成指定的基本操作.目前的指令系统包括两种,一种是复杂指令系统(Complex Instruction Set Computer,CISC),另一种是精简指令系统(Reduced Instruction Set Computer,RISC),不同的指令系统是作用不同,发挥出来的效果也不同,其中的操作也不同.值得一提的是在原本复杂指令系统的繁杂操作下,需要通过精简指令,减少其中的操作频率与缩短操作时间,为了达到这个目标就需要采用各种优化技术.本次研究在分析CISC的基础上重点分析RISC,希望能够为RISC的进一步发展、计算机的发展有一定帮助.     

RISC技术发展现状及前景

在人们研究复杂指令系统计算机(CISC)的指令及其功能之间最佳关系时,发现了CISC的五个缺点,于是设计者针对这些问题提出了精简指令系统计算机(RISC)的概念,形成了螺旋式上升的规律。继而讲述了RISC技术的几个特点:指令少、寻址方式少,指令格式单一、在一个机器周期内执行一条指令,除少数存取访问指令外,其余指令都在寄存器间执行,并叙述了具体实现方法。由于RISC技术实现方法简单规律,文中列举了几种实用的样机。从而引出了RISC及CISC的两大流派的技术,并对两流派的技术指标进行了比较。据此,综合出人们对RISC技术的三种评价:其一是RISC技术非常好,到90年代产品将全部占领市场;其二是保持冯诺曼型传统上使RISC同CISC技术相结合是非常必要的;其三是在RISC基础上广开思路创新,打破传统使之多机,并行处理和网络相结合。文章继而对三种评价进行了分析,论述了各种评价的成败利钝的关键所在。最后,作者发表了有关RISC机的四点意见。     

CISC微处理器现状与未来

从微处理器的指令系统来看,有2种分支走向,一个是CISC,一个是RISC。CISC即复杂指令系统计算机,从PC诞生以来,人们一直沿用CISC指令集方式,它的指令不等长,指令的条数比较多,编程和设计处理器时都较为麻烦。在CISC之后,人们发明了RISC,即精简指令系统计算机,它的指令等长,且指令数较少,通过简化指令让计算机的结构更为简单,进而提高运算速度。原本,RISC应较为流行,现在,在服务器上有一些RISC的应用,但是在普通的桌面机上还没流行起来,因为早期的桌面软件是按CISC设计的,并一直沿续到现在,如果用RISC,将无法兼容。所以,微处理器厂商一直在走CISC的发展之路,包括Intel、AMD,还有其他一些现已更名的厂商,如TI、Cyrix,以及现在的VIA等。不过,由于RISC确实在设计和指令结构等方面具有先进的特性,现在的CISC结构微处理器基本上经过RISC改良,即已过渡成以RISC为内核、外围是CISC界面的微处理器。换句话说,现在的微处理器采用RISC技术为内核,通过译码器,将它转换成对外的CISC结构,像Intel Pentium系列、AMD K6系列就是这种结构的微处理器。     

一种高代码密度RISC结构微控器的设计

从51系列8位微控器指令系统的分析入手，提出了一种在指令级兼容的RISC结构8位微控器IPCORE设计,在设计中采用RISC设计思想，如设置快速内部寄存器及设计单周期指令等方法，使该RISCIPCORE在性能上可明显优于传统的CISC结构，同时，仍然具备CISC结构原有的高代码密度优点，因而，微控器IPCORE采用RISC设计方法，是提高性能的一种有效手段．     

MB86901 SPARC RISC芯片全机行为功能级模拟策略的研究

本文提出了一种基于指令系统的MB86901 SPARC RISC芯片的行为功能级测试方法。和[2]中的方法相比,由于DCL语言自身的特点,本文给出的方法有着简洁且故障覆益率高的特色。文章扼要地介绍了MB86901的指令系统,然后按照先测试寄存器,再逐条测试单个指令,最后测试指令间关系的逻辑顺序逐步对MB86901进行测试。对于寄存器的测试,我们采用了“雨点法”,使得寄存器故障覆盖率接近100％,在最常用的算术/逻辑/移位指令的测试中,我们使用了一个随机数发生器,使故障覆盖率大为提高。而且它的使用非常灵活。最后,我们测试了指令间可能出现的关系。     

RISC技术与SPARC结构

本文摘要介绍了RISC技术的特点和发展概况,着重讨论了SUN公司新推出的SPARC结构的设计特点,指令系统以及寄存器窗口等,并将其与其他RISC机器以及目前流行的32位微处理器作了对比。     

RISC处理器产品过眼录

RISC(精简指令集算法)的中心思想是简化硬件设计,硬件只执行很有限的最常用的那部分指令,大部分复杂的操作则使用成熟的编译技术,由简单指令合成。RISC出现的结果是,相对少的晶体管可设计出极快的微处理器。产生RISC处理器的直接原因是由于工作站的出现。     

军用RISC芯片

RISC即“精简指令系统计算机”技术,近来飞速发展,许多半导体制造商都在制造军用RISC芯片和计算机系统。一、Intel公司 INTEL公司宣布了它的RISC微处理管——80960。其性能为7～10MIPS,32位流水线,是有高度并行性的存/取的微处理器。它有若干模块,是专为嵌入式应用设计的,MC80960是军用型芯片,人们之所以感兴趣,因为MC8096。上有浮点部件每秒400万浮点操作,和20MHZ时钟。其他特点是32×32寄存器,芯上存储器管理部件,512字节的指令高速缓存,32位多路成组总线(burstbus)和具有256个中断向最以及32个中断优先级的中断控制器。     

基于VLIW的指令格式的研究与设计

计算机体系结构的设计思想在近四十年间发生了深刻的变化,而指令格式的设计是计算机体系结构设计的一个重要环节。该文首先介绍了一种典型RISC体系结构的指令格式,然后以IA-64为例对基于VLIW的指令格式进行了分析,并与RISC指令格式进行了比较,最后提出了一种新的基于VLIW的指令格式。     

微处理机RISCⅡ的寄存器级描述和模拟

为了研究寄存器级硬件描述语言在RISC型微处理机结构设计方面的应用,我们使用寄存器级硬件描述语言ERES对微处理机RISC Ⅱ进行了描述。建立了一个RISCⅡ的模拟器。ERES语言是非过程性描述语言,带有精确的时间描述,特别适合于描述微处理机结构。通过这项工作,我们认为ERES语言在RISC型微处理机结构设计方面有以下几个作用(1)对于研究体系结构提供帮助;(2)可以建立指令模拟器;(3)对数据通路,控制通路进行验证;(4)检验所设计结构的效率。     

MIPS RISC编译系统简介

在RISC技术中,不论是开发系统软件还是应用程序,高级语言都是主要的工具。在现代的RISC设计中,编译程序比在传统的非RISC设计中占有更加重要的地位, 在RISC系统中,传统的硬件、软件和操作系统的界面范围已经有所调整,其目的是优化整个系统的性能,如果编译器能更好地实现这些功能,则由编译器完成。在精心设计的条件下,这样一个系统既能高效率地编译,又能高效率地执行。 RISC技术中主要使用高级语言编程。而CISC技术中汇编语言占有重要地位。因此,在提高系统性能方面,RISC机器的编译器比传统CISC机器的编译器占有更重要的地位。基于RISC技术的编译程序不仅将程序翻译成机器指令,而且控制并组织运行环境,程序执行的效率和速度很大程度上取决于编译程序的质量。RISC体系结构提供精简的指令系统,复杂指令的功能由精简指令序列实现,由于精简指令系统中指令的简单性和一致性,编译程序能在低层上进行优化(如流水线组织);而CISC体系结构则很难卖现这一点。     

位片式RISC寄存器堆的分配调度策略及其实现

RISC设计是面向寄存器堆操作的.寄存器堆上/下溢时保存/恢复帧的数量N,直接影响着寄存器堆调度管理的开销及RISC机的性能.通过对一个寄存器堆调度模型的分析,我们发现N=(k~2+k(W+1))~(1/2)-k为宜,其中W是寄存器堆能同时容纳的帧的数量,k=α/β,α为处理上/下溢陷阱的开销,β是传送一个帧的开销.实验结果也证实了该公式的正确性.在本文最后,我们给出了位片式RISC寄存器堆的实现方案.     

计算机的运算器及控制器的逻辑结构的发展综述(下)

Ⅳ算术运算及逻辑操作A.通则:近几年来,大型计算机的指令系统已有了很大的发展。新型计算机的指令系统往往比初期计算机的长5,6倍。有时在指令字中应用了“变体指令”,结果,可以组成几千条不同操     

DVD-RW刻录标准

CISC是指复杂指令系统计算机（Complex Instruction Set Computer）；RISC是指精减指令系统计算机（Reduced Instruction Set Computer）。     

Intel 8086指令简捷编码

本文给出一种适合于Intel8086指令系统的简捷编码方法,此方法能迅速而正确地得到十六进制数的目标指令,提高人工编码的效率和可靠性。同时,本文所述方法也为设计Intel8086交叉汇编程序提供了一种可供参考的较为简单易行的原理性构思。 1.8086指令系统的编码特点 Intel8086指令系统可视作汇编级和机器级。对于汇编语言编程员来说,8086是一个具有约100条指令的系统。机器级指令形式有约300条。也就是说,绝大多数指令的操作机器代码与其汇编记忆符之间不是唯一对应的;操作代码还取决于操作数的属性、长度及方向。操作码在指令的机器代码中占据第一字节。8086指令系统的一种第一字节编码一览表是Intel     

三级PC技术寻址方式复习(上)

根据教育部考试中心颁布的全国计算机等级考试大纲,三级PC技术考试的基本要求有:熟悉80X86微处理器的结构、原理及其宏汇编语言程序设计。上机考试操作语言为:汇编语言。笔试考试内容之一———微处理器与汇编语言程序设计部分的重点是:80X86系列微处理器指令系统,指令格式与编码,寻址方式,指令系统。从上可知汇编语言在三级PC技术考试中的重要性。熟悉并灵活地应用机器所采用的各种寻址方式,对汇编语言程序设计是至关重要的。指令系统常常要用到寻址方式,主要是要弄懂具体各条指令的源操作数和目的操作数放在什么地方,也就是操作数的寻…     

从Scenix公司SX系列看单片机技术的新进展

编者按：Scenix公司推出的8位RISC结构SX系列单片机与Intel的PentiumⅡ等一起被《ElectronicIndustryYearbook1998》评选为1998年世界10大处理器。技术上有其独到之处。SX系列双时钟设置，指今运行速度可达50／75／100MIPS；具有虚拟开设功能；通过计算机RS232C接口，采用专用串行电缆即可对目标系统进行在线实时仿真。RISC结构是近年来单片机体系结构发展的一个重要方向，RISC单片机除了精简指令集之外，通常还具有单字长指令系统和CPU的流水线操作方式。RISC结构较早应用的是MICROCHIP公司的PIC系列单片机，其流水线…     

RISC32位微处理器芯片—MC88000

本文介绍了 Motorola RISC微处理器电路芯片88000系列结构。88000系列包括88100处理器及88200暂存器和存贮器管理单元。介绍了88100结构,功能单元、寄存器结构、指令系统、数据类型、寻址方式和主流水线、存贮器单元流水线、浮点流水线及采用的设计工具。