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精简指令集RISC

精简指令集计算(RISC,reduced instruction set computing)或简译为精简指令集,是计算机中央处理器的一种设计模式,是相对于复杂指令集(CISC,complex instruction set computer)的一个概念。

早期的处理器都是CISC架构(包括英特尔的处理器),随著时间推移,有越来越多的指令集加入。由于当时编译器的技术并不纯熟,程序都会直接以机器码或是组合语言写成,为了减少程序的设计时间,逐渐开发出单一指令,复杂操作的程序代码。设计师只需写下简单的指令,再交给CPU去执行。

但是后来有人发现,整个指令集中,只有约20%的指令常常会被使用到,大约占了整个程序的80%;剩余80%的指令,只占了整个程序的20%。

精简指令集的名称最早来自1980年David Andrew Patterson在加州大学柏克莱分校主持的Berkeley RISC计划。但在他之前,已经有人提出类似的设计理念。由John Cocke主持,在1975年开始,1980年完成的IBM 801计划,可能是第一个使用精简指令集理念来设计的系统,因此John Cocke被称为RISC架构之父。由于他的努力,Cocke于1987年获得了图灵奖,1994年获得了美国国家科学奖,1991年获得了美国国家技术奖。

IBM研究人员John Cocke及其团队在1970年代后期设计了第一台使用精简指令集计算机(RISC)架构的原型计算机。

MIPS架构

斯坦福大学John Hennessy教授(2000-2016年任校长)于1981年在斯坦福大学发起了MIPS项目,MIPS是内置于VLSI中的高性能精简指令集计算机(RISC)。MIPS是前三个实验性RISC体系结构之一。他的计算机价格和体系理论是很多处理器研究人员的启蒙教程。1981年,John Hennessy领导他的团队,实现出第一个MIPS架构的处理器,也是第一代RISC系统芯片,MIPS采用RISC架构。在1984年他离开斯坦福大学,创办了MIPS科技公司(MIPS的全称是无内部互锁流水级的微处理器Microprocessor without interlocked piped stages。简称MIPS)。2012年,MIPS科技公司被Imagination Technologies收购。

MIPS提供最开放化的架构授权,允许授权商自行更改设计。

2018年3月,由于“开创了一种系统的、定量的方法来设计和评价计算机体系结构,并对微处理器行业产生了持久的影响”,David Andrew Patterson和John Hennessy一起获得2017年度的图灵奖。

基于MIPS设计的衍生产品包括国内龙芯、君正等。

ARM架构

1981年,英国广播公司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。

Acorn临时采用了MOS 6502处理器(由MOS科技研发的8位微处理器)来设计生产这个电脑,一开始取名Proton,后来被改名为BBC Micro。

Acorn因为各种原因无法使用美国国家半导体、摩托罗拉,以及英特尔的芯片,便采用了RISC,由来自剑桥大学的计算机科学家Sophie Wilson和Steve Furber最终自行完成了微处理器的设计。ARM处理器被研发出来之后,用在了BBC Micro的后续型号中。

用在BBC Micro上的ARM1 second processor

ARM不生产芯片,而以授权的方式,将芯片设计方案转让给其他公司,即“Partnership”开放模式,授权包括Cirrus Logic、德州仪器、苹果、三星、夏普等超过165家公司。

苹果iPhone的出现,App Store的迅速崛起,让全球移动应用彻底绑定在ARM指令集上。

2008年,谷歌推出了Android系统,也是基于ARM指令集。

微软公司2011年宣布,下一版Windows将正式支持ARM处理器,并随后推出搭载ARM处理器Surface Pro/Laptop。。

基于ARM设计的衍生产品包括Marvell的XScale架构和德州仪器的OMAP系列。

IBM POWER/PowerPC

IBM POWER是RISC处理器架构的一种,由IBM设计,全称为“Performance Optimization With Enhanced RISC”PowerPC(Performance Optimization With Enhanced RISC – Performance Computing,有时简称PPC)是一种精简指令集(RISC)架构的中央处理器(CPU),其基本的设计源自IBM的POWER(Performance Optimized With Enhanced RISC。POWER系列微处理器在不少IBM服务器、超级电脑、小型电脑及工作站中,广泛作为主CPU使用。而PowerPC架构也是源自POWER架构,并应用在苹果电脑的麦金塔电脑及部分IBM的工作站,以及各式各样的嵌入式系统上。

但苹果电脑自2005年起,将旗下电脑产品转用Intel CPU(x86架构)。

其他常见使用PowerPC架构的产品如任天堂GameCube、Wii和Wii U;微软Xbox 360;索尼:PlayStation 3等。

information_technology/basics/hardware/risc.txt · 最后更改: 2019/12/01 16:06 (外部编辑)