第300章 处理器架构

　　香江电子科技工业在最近几年才兴起，早期有志从事电子科技业的许多香江毕业生只能外出谋求发展。从小吃粤菜、讲粤语的他们，在湾湾、新加坡、约翰国、漂亮国与倭国等地不一定能适应。

　　如果有香江公司愿意提供同等的待遇和发展条件，相信在外谋生的香江籍工程师愿意，返回到他们更熟悉和亲切的城市来工作。这些工作白子睿让集团公司人力资源部和公关部正在有条不紊的展开。

　　白子睿处理好公司事情之后，大部分精力都放在与半导体实验室主任姚兆明教授合作成立的一个RISC（精简指令集）开发项目组上。

　　精简指令集，是计算机中央处理器的一种设计模式，也被称为RISC(Reduced  Instruction  Set  Computer的缩写)。这种设计思路对指令数目和寻址方式都做了精简，使其实现更容易，指令并行执行程度更好，编译器的效率更高。常用的精简指令集微处理器包括DECAlpha、ARC、ARM、AVR、MIPS、PA-RI****owerArchitecture(包括PowerPC)和SPARC等。

　　这种设计思路最早的产生缘自于有人发现，尽管传统处理器设计了许多特性让代码编写更加便捷，但这些复杂特性需要几个指令周期才能实现，并且常常不被运行程序所采用。

　　此外，处理器和主内存之间运行速度的差别也变得越来越大。在这些因素促使下，出现了一系列新技术，使处理器的指令得以流水执行，同时降低处理器访问内存的次数。早期，这种指令集的特点是指令数目少，每条指令都采用标准字长、执行时间短、中央处理器的实现细节对于机器级程序是可见的。

　　RISC精简指令集:Reduced  Instruction  Set  Computer  RISC，是一种执行较少类型计算机指令的微处理器。起源于80年代的MIPS主机（即RISC机），RISC机中采用的微处理器统称RISC处理器。

　　这样一来，它能够以更快的速度执行操作（每秒执行更多百万条指令，即MIPS）。因为计算机执行每个指令类型都需要额外的晶体管和电路元件，计算机指令集越大就会使微处理器更复杂，执行操作也会更慢。

　　纽约约克镇IBM研究中心的John  Cocke证明，计算机中约20%的指令承担了80%的工作，于1974年，他提出RISC的概念，许多当前的微芯片都使用RISC概念。

　　精简指令集计算机（RISC:Reduced  Instruction  Set  Computer）其运行速度比CISC要快。

　　RISC和CISC是CPU从指令集的特点上可以分为两类：CISC和RISC。CISC是Complex  Instruction  Set  Computer的缩写，指的是“复杂指令运算集”。

　　RISC的指令系统相对简单，它只要求硬件执行很有限且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。

　　目前在中高档服务器中普遍采用这一指令系统的CPU，特别是高档服务器全都采用RISC指令系统的CPU。在中高档服务器中采用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学任教前，在美国RCA公司全程参与了被誉为RISC处理器鼻祖的RCA1802的研制，对近几年提出的RISC（精简指令集）概念并不陌生。

　　CISC（复杂指令集）而言。电子计算机从诞生之后，经过几十年的改型、换代发展之后，其指令集越来越庞大，而为了实现这些指令操作造成cpu的设计也越来越复杂。

　　但统计数据表明，大部分占用cpu和其他计算机资源的运算，是指令集中占比很小的那一部分常用简单指令，而剩下占绝大部分比重的复杂指令实际用到的概率很小，这也造成了cpu中为之设计的复杂结构利用率很低。

　　面对这种情况，计算机专家们开始研究对指令集进行必要的精简，使每条指令都能简化和归一化，用执行一串连续的、简单的、密集编码的指令来实现计算机复杂操作，从而替代指令集中那些使用频率稀少的复杂指令，来简化处理器的设计复杂程度。

　　白子睿在前世最熟悉的指令集架构莫过于ARM架构，这是二十一世纪最流行的RISC架构之一。ARM是Advanced  RISC  Machines  Limited公司推出的一种RISC处理器体系结构即相关技术。

　　ARM占比所有32位嵌入式处理器的75%，成为占全世界最多数的32位架构。ARM处理器广泛使用在嵌入式系统设计，低耗电节能，非常适用移动通讯领域。

　　消费性电子产品，例如可携式装置（PDA、移动电话、多媒体播放器、掌上型电子游戏，和计算机），电脑外设（硬盘、桌上型路由器），甚至导弹的弹载计算机等军用设施。

　　搭载ARM芯片架构的设备数量，是英特尔的25倍。全世界99%的智能手机和平板电脑都采用ARM架构。约有43亿人每天都会触摸一台搭载ARM芯片的设备，占全球总人口的60%。

　　ARM是一家名字叫CPU（Cambridge  Processor  Unit）的公司所研发，其创始人是一个名叫Hermann  Hauser的奥地利籍物理学博士，还有一个名叫Chris  Curry的约翰国工程师。

　　CPU公司成立之后，主要从事电子设备设计和制造的业务。1979年，公司换了个名字，叫做Acorn  Computer  Ltd。

　　到了1981年，公司迎来了一个难得的机遇——约翰国广播公司BBC打算在整个英国播放一套提高电脑普及水平的节目，他们希望Acorn能生产一款与之配套的电脑，但是Acorn缺少合适的芯片。

　　当时漂亮国国家半导体和摩托罗拉公司的16位芯片售价过高，同时如日中天的英特尔（Intel）拒绝为他们提供相关处理器(80286)的设计资料和样品。遭到英特尔拒绝后，Acorn决定自己开发一款全新的低价处理器芯片。

　　Acorn公司的研发人员从漂亮国加州大学伯克利分校找到了一个关于新型处理器的研究——简化指令集，恰好可以满足他们的设计要求。

　　在此基础上，经过多年的艰苦奋斗，来自剑桥大学的计算机科学家Sophie  Wilson和Steve  Furber最终完成了微处理器的设计，Acorn给这块芯片它命名为Acorn  RISC  Machine，这就是大名鼎鼎的“ARM”三个字母的由来。

　　Acorn公司在1985年研发出来的第一款处理器芯片的型号，被定为  ARM1。ARM1和同时期Intel的80286处理器各有所长。

　　ARM1的结构非常简单，仅有25，000个晶体管，第二年，改良版的ARM2发布，ARM2具有32位的数据总线、26位的寻址空间，并提供64  Mbyte的寻址范围与16个32-bit的暂存器。

　　


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