计算机组成技术第4章.pptVIP

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 第4章 处理器 4. 3 Intel 80x86系列微处理器 4. 3. 1 Intel 8086/8088 微处理器 4. 3. 2 Intel 80286、80386和80486 微处理器 4. 3. 3 Intel Pentium 系列微处理器 请同学们自行阅读、了解。 第4章 处理器 4. 1 处理器的指令集 4. 2 处理器的组成与工作过程 4. 3 Intel 80x86系列微处理器 4. 4 从CISC到RISC 上世纪七十年代，系列机的发展，使得计算机的指令系统变得越来越复杂。 例如，VAX-11 拥有 330条指令，指令长度从16位到456位长不等，寻址方式有16种。 这使得CPU的设计变得十分复杂，设计周期延长，设计成本倍增。 4. 4. 1 RISC产生的背景 序号 指令名称 使用频率 累积百分比 1 MOV 24.85 24.85 2 PUSH 10.36 35.21 3 CMP 10.28 45.49 4 JMP 9.03 54.52 5 ADD 6.08 61.32 6 POP 4.14 65.46 7 RET 3.92 69.38 8 CALL 3.89 73.27 9 JUMP 2.70 75.97 10 SUB 2.43 78.40 11 INC 2.37 80.77 12 LES 1.98 82.75 13 REPN 1.92 84.67 14 IMUL 1.69 86.36 15 DEC 1.37 87.73 16 XOR 1.13 88.86 17 REPNZ 0.78 89.64 18 CLD 0.54 90.10 某计算机的指令使用频率 20 — 80 规律 在典型程序的运行中，80% 的时间执行的只是占指令系统 20% 的少数常用指令。 在CPU控制存储器中，80% 的空间被只占运行时间 20% 的多数复杂指令占用。 4. 4. 1 RISC产生的背景 由于存在着“软硬件等价性原理” ，复杂指令的功能可以由基于简单指令的子程序来完成。 所以人们就产生了一种想法：设计一个只具有简单指令的简单的CPU 1975年，IBM的John Cocke 领导的一个研究小组率先设计了一个只有120条简单指令的计算机IBM 801 1981年，美国加州大学伯克利分校的David Patterson 设计了一个只有31条指令的简单的微处理器，并将其命名为RISC I RISC是Reduced Instruction Set Computer的缩写 4. 4. 1 RISC产生的背景 IBM的John Cocke 也因此获得了国际计算机界的最高奖——图灵奖。 此后，RISC技术得到了广泛地接受，几乎所有的微处理器都宣称采用RISC技术。 采用简单的指令格式、寻址方式的计算机就称为精简指令集计算机RISC （Reduced Instruction Set Computer） 相对而言，具有复杂的指令格式、寻址方式的计算机就称为复杂指令集计算机CISC （Complex Instruction Set Computer） 4. 4. 1 RISC产生的背景 第4章 处理器 4. 4 从CISC到RISC 4. 4. 1 RISC产生的背景 4. 4. 2 RISC的定义 目前，指令条数的多少已不再是区分CISC和RISC的标志， CISC和RISC正在走向融合。绝大多数现代微处理器都宣称采用RISC技术。 对于RISC，目前尚未出现一个能为众人所接受的定义。但是人们更多关注的是RISC的特征 RISC 的主要特征 选用使用频率较高的一些 简单指令 复杂指令的功能由简单指令来组合 指令 长度固定 只有 LOAD / STORE 指令访存 引入流水技术，一个时钟周期 完成一条指令 组合逻辑 实现控制器 多个 通用 寄存器 采用 优化 的 编译 程序 RISC的新发展 控制系统部分采用微程序技术； 指令的种类有所增加； 现代RISC具有如下特点 1.面向寄存器结构； 2.重视流水线的执行效率； 3. LOAD/STORE风格 4.重视优化编译技术 第4章 处理器 4. 1 处理