RISC處理器的主要特征

微型計算機發(fā)展至今，已成為性能價格比很高的超級微型機（Super-microcomputer）。當前微型計算機采用了許多先進技術(shù)，本節(jié)作簡要的介紹。

　　1.4.1　流水線技術(shù)

　　流水線（Pipeline）技術(shù)是一種將每條指令分解為多步，并使不同指令的各步重疊操作，以實現(xiàn)幾條指令并行操作，加速程序的執(zhí)行速度的一種技術(shù)。

　　采用流水線技術(shù)后，并沒有加速單條指令的執(zhí)行，每條指令的操作步驟也沒有減少，只是多條指令同時執(zhí)行，因而從總體上加快了指令執(zhí)行的速度。

　 　例如，80486采用六級流水線結(jié)構(gòu)，即同時有6條指令并行操作。若每條指令需要6個步驟，每個步驟需要一個時鐘周期的時間，那么經(jīng)過6個時鐘后，每個 時鐘就有一條指令執(zhí)行完畢。Pentium采用由“U”和“V”兩條并行指令流水線構(gòu)成的超標量流水線結(jié)構(gòu)，可大大提高指令的執(zhí)行速度。

　　流水線的實現(xiàn)是通過增加計算機硬件來實現(xiàn)的。通常一條指令的執(zhí)行分為預取指令、譯碼、地址生成、取操作數(shù)、執(zhí)行指令等多個步驟，每個步驟都需要有相應(yīng)的硬件電路支持，才能實現(xiàn)流水線作業(yè)。

　　1.4.2　高速緩沖存儲器技術(shù)

　　在80386以后的微型機中，為了加快運算速度，都增設(shè)一級或二級的高速小容量存儲器，稱之為高速緩沖存儲器（Cache）。高速緩沖存儲器的存取速度比微機中的主存儲器要快一個數(shù)量級，大體和CPU的處理速度相當。

　 　由于程序中相關(guān)數(shù)據(jù)塊一般都按順序存放，并且大都存于相鄰的存儲單元，而程序常常重復使用同一代碼和數(shù)據(jù)塊，利用程序執(zhí)行的這些重要特征，可采用 Cache保存這些經(jīng)常重復使用或當前將要使用的指令和數(shù)據(jù)。CPU在對一條指令或操作數(shù)尋址時，首先到Cache中去查找，在一般正常情況下，CPU對 Cache的存取命中率可達95%以上，從而大大提高了程序的執(zhí)行速度。

　　Cache技術(shù)和設(shè)計是一個復雜的課題，一般而 言，Cache容量大，有較高的命中率，則說明系統(tǒng)的性能較好。Cache和與它配合的高速緩沖控制器都由硬件實現(xiàn)，80486以后的微處理器中將 Cache和高速緩沖控制器集成在CPU芯片中，因此對用戶說是透明的，不需要用戶自己去控制或操作。

　　1.4.3　虛擬存儲器技術(shù)

　 　虛擬存儲技術(shù)是在內(nèi)存儲器和外存儲器（軟盤、硬盤或光盤）之間增加一定的硬件和軟件支持，使內(nèi)存和外存形成一個有機的整體。操作時，將程序預先放在外存 儲器中，由系統(tǒng)軟件（操作系統(tǒng)）統(tǒng)一管理和調(diào)度，按照某種置換算法將外存的內(nèi)容依次調(diào)入內(nèi)存中被CPU執(zhí)行。這樣，對使用者說，從CPU看到的是一個速度 接近內(nèi)存而容量卻與外存相當?shù)募傧氪鎯ζ鳎�稱為虛擬存儲器，使編程人員在編寫程序時可以不考慮內(nèi)存容量的限制。在采用虛擬存儲器的計算機系統(tǒng)中，存在著虛 地址空間和實地址空間兩個地址不同的空間。虛地址空間是程序可用的空間，而實地址空間是CPU可訪問的內(nèi)存空間。例如，在80486中，實地址空間為 232B4GB，而虛地址空間為246B64TB。

　　1.4.4　RISC技術(shù)

　　精簡指令集計算（Reduced　Instruction　Set　Computing）技術(shù)簡稱RISC技術(shù)，其主導思想是精簡CPU芯片中指令的數(shù)目，簡化芯片的復雜程度，使指令的執(zhí)行速度更快。

　 　傳統(tǒng)的計算機都采用CISC（Complex　Instruction　Set　Computing）處理器，如現(xiàn)在常用的Intel　80x86，其 指令集中有許多指令非常復雜。用編譯器對程序編譯的結(jié)果證明，大多數(shù)復雜的指令很少被使用，編譯器生成的總代碼的90%以上是只占CISC指令集中不足 10%的指令。要設(shè)計更好的編譯器是困難的；而可行的方法是，構(gòu)筑一種簡單的計算機，使它只有少數(shù)指令、大的寄存器陣列、對主存的簡單裝入/存儲訪問，并 且大多數(shù)指令執(zhí)行只需要一個時鐘周期，這就是RISC處理器組成的計算機。

　　RISC處理器的主要特征表現(xiàn)在下列方面：

　�。�1）采用統(tǒng)一的指令長度，以簡化相應(yīng)的邏輯電路；

　�。�2）全64位實現(xiàn)，高流水線執(zhí)行單元，很高的內(nèi)部時鐘速度（＞200MHz）；

　�。�3）內(nèi)置高性能浮點運算部件和大容量指令/數(shù)據(jù)Cache；

　　（4）采用調(diào)入/存儲體系結(jié)構(gòu)，將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)預先調(diào)入內(nèi)部寄存器，以減少訪問內(nèi)存的指令數(shù)；

　�。�5）支持多媒體和DSP的新指令。

　　RISC處理器的優(yōu)點早就為人所知，但其執(zhí)行中需要大容量的存儲器和昂貴的Cache，因此RISC技術(shù)的推廣遇到了很大的阻力。目前RISC技術(shù)已逐漸在消費者和商業(yè)領(lǐng)域獲得認同和應(yīng)用。