【行业】电子行业深度报告:CPU研究框架(110页)

CPU指令集概述。CPU指令集(Instruction Set)是CPU中计算和控制计算机系统所有指令的集合。指令集包含了基本数据类型,指令集,寄存器,寻址模式,存储体系,中断,异常处理以及外部I/O,一系列的opcode即操作码(机器语言),以及由特定处理器执行的基本命令。指令集一般被整合在操作系统内核最底层的硬件抽象层中。指令集属于计算机中硬件与软件的接口,它向操作系统定义了CPU的基本功能。现阶段的指令集可以被划分为复杂指令集(CISC)与精简指令集(RISC)两类。

CPU指令集:CISC剖析。复杂指令集诞生于1960年代,在精简指令集之前,被用来解决语义鸿沟。当时的复杂指令集经过高度编码,支持汇编语言,拥有很高的代码密度,有助于缩小程序,减少主存储器的访问次数,极大地节省了计算机存储器和磁盘存储成本,并且速度更快。复杂指令集是相对精简指令集而言的,所有除了精简指令集之外的都可以划归到复杂指令集之中。复杂指令集和精简指令集的显著差异是大多数的精简指令集采用等长结构,并且严格区分存储和读取。复杂指令集通常出现在读取和存储通过算法相连的计算机中,如服务器和个人电脑中的X86指令集。复杂指令集的单一指令可以执行数个低阶操作程序,例如存储读取,算法运行和记忆存储,或者可以用单一指令来实现多步操作或寻址。随着个人计算机的普及和计算机分工的细化,复杂指令集在低算力需求的计算机中出现了“过度设计”的现象,造成了寄存器一定程度上的浪费,精简指令集由此孕育而生,二者并行发展了近50年。

CPU指令集:RISC剖析。精简指令集采用小型,高度优化的指令集而非更复杂和特定化的指令。精简指令集的主要特点是通过大量寄存器和高度规则的指令流水线优化了指令集,从而使每条指令的时钟周期数减少。精简指令集的另一个特点是读取/存储结构,在该指令集中存储访问必须通过完整的特定指令,而不是特定指令中的一部分。精简指令集的思想成立于1970年代,成熟于1980年代。斯坦福大学的MIPS指令集和伯克利分校的SPARC指令集是当时的先驱。随着2010年RISC-V的推出,精简指令集进入了开源的第五世代。目前,精简指令集被广泛地运用于各个领域。以ARM为代表的精简指令集被广泛地运用于手机、平板等移动终端。日本富岳超算也运用精简指令集,登顶2020年6月的超算排行榜。

立即下载

分享到: