第300章 處理器架構
香江電子科技工業在最近幾年才興起,早期有志從事電子科技業的許多香江畢業生只能外出謀求發展。從小吃粵菜、講粵語的他們,在灣灣、新加坡、約翰國、漂亮國與倭國等地不一定能適應。
如果有香江公司愿意提供同等的待遇和發展條件,相信在外謀生的香江籍工程師愿意,返回到他們更熟悉和親切的城市來工作。這些工作白子睿讓集團公司人力資源部和公關部正在有條不紊的展開。
白子睿處理好公司事情之后,大部分精力都放在與半導體實驗室主任姚兆明教授合作成立的一個RISC(精簡指令集)開發項目組上。
精簡指令集,是計算機中央處理器的一種設計模式,也被稱為RISC(Reduced Instruction Set Computer的縮寫)。這種設計思路對指令數目和尋址方式都做了精簡,使其實現更容易,指令并行執行程度更好,編譯器的效率更高。常用的精簡指令集微處理器包括DECAlpha、ARC、ARM、AVR、MIPS、PA-RI****owerArchitecture(包括PowerPC)和SPARC等。
這種設計思路最早的產生緣自于有人發現,盡管傳統處理器設計了許多特性讓代碼編寫更加便捷,但這些復雜特性需要幾個指令周期才能實現,并且常常不被運行程序所采用。
此外,處理器和主內存之間運行速度的差別也變得越來越大。在這些因素促使下,出現了一系列新技術,使處理器的指令得以流水執行,同時降低處理器訪問內存的次數。早期,這種指令集的特點是指令數目少,每條指令都采用標準字長、執行時間短、中央處理器的實現細節對于機器級程序是可見的。
RISC精簡指令集:Reduced Instruction Set Computer RISC,是一種執行較少類型計算機指令的微處理器。起源于80年代的MIPS主機(即RISC機),RISC機中采用的微處理器統稱RISC處理器。
這樣一來,它能夠以更快的速度執行操作(每秒執行更多百萬條指令,即MIPS)。因為計算機執行每個指令類型都需要額外的晶體管和電路元件,計算機指令集越大就會使微處理器更復雜,執行操作也會更慢。
紐約約克鎮IBM研究中心的John Cocke證明,計算機中約20%的指令承擔了80%的工作,于1974年,他提出RISC的概念,許多當前的微芯片都使用RISC概念。
精簡指令集計算機(RISC:Reduced Instruction Set Computer)其運行速度比CISC要快。
RISC和CISC是CPU從指令集的特點上可以分為兩類:CISC和RISC。CISC是Complex Instruction Set Computer的縮寫,指的是“復雜指令運算集”。
RISC的指令系統相對簡單,它只要求硬件執行很有限且最常用的那部分指令,大部分復雜的操作則使用成熟的編譯技術,由簡單指令合成。
目前在中高檔服務器中普遍采用這一指令系統的CPU,特別是高檔服務器全都采用RISC指令系統的CPU。在中高檔服務器中采用RISC指令的CPU主要有Compaq(康柏,即新惠普)公司的Alpha、HP公司的PA-RISC、IBM公司的Power PC、MIPS公司的MIPS和SUN公司的Sparc。
姚兆明教授七十年代初返回香江大學任教前,在美國RCA公司全程參與了被譽為RISC處理器鼻祖的RCA1802的研制,對近幾年提出的RISC(精簡指令集)概念并不陌生。
CISC(復雜指令集)而言。電子計算機從誕生之后,經過幾十年的改型、換代發展之后,其指令集越來越龐大,而為了實現這些指令操作造成cpu的設計也越來越復雜。
但統計數據表明,大部分占用cpu和其他計算機資源的運算,是指令集中占比很小的那一部分常用簡單指令,而剩下占絕大部分比重的復雜指令實際用到的概率很小,這也造成了cpu中為之設計的復雜結構利用率很低。
面對這種情況,計算機專家們開始研究對指令集進行必要的精簡,使每條指令都能簡化和歸一化,用執行一串連續的、簡單的、密集編碼的指令來實現計算機復雜操作,從而替代指令集中那些使用頻率稀少的復雜指令,來簡化處理器的設計復雜程度。
白子睿在前世最熟悉的指令集架構莫過于ARM架構,這是二十一世紀最流行的RISC架構之一。ARM是Advanced RISC Machines Limited公司推出的一種RISC處理器體系結構即相關技術。
ARM占比所有32位嵌入式處理器的75%,成為占全世界最多數的32位架構。ARM處理器廣泛使用在嵌入式系統設計,低耗電節能,非常適用移動通訊領域。
消費性電子產品,例如可攜式裝置(PDA、移動電話、多媒體播放器、掌上型電子游戲,和計算機),電腦外設(硬盤、桌上型路由器),甚至導彈的彈載計算機等軍用設施。
搭載ARM芯片架構的設備數量,是英特爾的25倍。全世界99%的智能手機和平板電腦都采用ARM架構。約有43億人每天都會觸摸一臺搭載ARM芯片的設備,占全球總人口的60%。
ARM是一家名字叫CPU(Cambridge Processor Unit)的公司所研發,其創始人是一個名叫Hermann Hauser的奧地利籍物理學博士,還有一個名叫Chris Curry的約翰國工程師。
CPU公司成立之后,主要從事電子設備設計和制造的業務。1979年,公司換了個名字,叫做Acorn Computer Ltd。
到了1981年,公司迎來了一個難得的機遇——約翰國廣播公司BBC打算在整個英國播放一套提高電腦普及水平的節目,他們希望Acorn能生產一款與之配套的電腦,但是Acorn缺少合適的芯片。
當時漂亮國國家半導體和摩托羅拉公司的16位芯片售價過高,同時如日中天的英特爾(Intel)拒絕為他們提供相關處理器(80286)的設計資料和樣品。遭到英特爾拒絕后,Acorn決定自己開發一款全新的低價處理器芯片。
Acorn公司的研發人員從漂亮國加州大學伯克利分校找到了一個關于新型處理器的研究——簡化指令集,恰好可以滿足他們的設計要求。
在此基礎上,經過多年的艱苦奮斗,來自劍橋大學的計算機科學家Sophie Wilson和Steve Furber最終完成了微處理器的設計,Acorn給這塊芯片它命名為Acorn RISC Machine,這就是大名鼎鼎的“ARM”三個字母的由來。
Acorn公司在1985年研發出來的第一款處理器芯片的型號,被定為 ARM1。ARM1和同時期Intel的80286處理器各有所長。
ARM1的結構非常簡單,僅有25,000個晶體管,第二年,改良版的ARM2發布,ARM2具有32位的數據總線、26位的尋址空間,并提供64 Mbyte的尋址范圍與16個32-bit的暫存器。
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