體：指令系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　操作：簡(jiǎn)單

　　數(shù)據(jù)：Load-Store結(jié)構(gòu)，尋址方式簡(jiǎn)單

　　編碼：定長(zhǎng)

　　相：實(shí)現(xiàn)與使用方式

　　簡(jiǎn)化硬件，提高主頻

　　指令流水線技術(shù)：寄存器操作容易解決相關(guān)編譯技術(shù)

　　用：性能及兼容性

　　性能：每條指令周期數(shù)差不多，主頻高，CPI高

　　流水及多發(fā)射技術(shù)在提高性能的前提下不影響兼容性

　　32位定長(zhǎng)指令

　　32個(gè)32位通用寄存器

　　三寄存器操作數(shù)運(yùn)算指令

　　Load-Store指令，基址+偏移量尋址方式

　　簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)移條件

　　Delay-Branch

　　1964年CDC公司推出的CDC 6600是第一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)，具備了RISC的一些基本特征

　　CDC 6600的設(shè)計(jì)者認(rèn)識(shí)到為了實(shí)現(xiàn)有效的流水技術(shù)，需要簡(jiǎn)化體系結(jié)構(gòu)

　　Load-Store結(jié)構(gòu)

　　記分板(Score-Boarding)動(dòng)態(tài)流水線調(diào)度

　　亂序執(zhí)行(Out-of-Order)技術(shù)

　　1976年的Cray-1向量機(jī)使用了與CDC 6600類似的想法

　　Cray是CDC 6600的主要設(shè)計(jì)者之一

　　上述簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)以高效實(shí)現(xiàn)的想法在60-70年代沒有受到小型機(jī)和微處理器設(shè)計(jì)者的重視

　　1968年John Cocke在IBM的San Jose研究中心開始ASC(Advanced Scientific Computer)項(xiàng)目的研究

　　基本思想是讓編譯器做更多的指令調(diào)度以減少硬件復(fù)雜度

　　還提出了每個(gè)周期發(fā)射多條指令的思想

　　ASC計(jì)劃后來被取消，Cocke在1971年到Future System

　　1975年Cocke到IBM的Yorktown研究中心開始研制IBM 801，801是最早開始設(shè)計(jì)的RISC處理器，Cocke獲得了Eckert-Mauchly和Turing獎(jiǎng)。

　　801是PowerPC的前身

　　比801稍晚開始的有Patterson在Berkeley的RISC-I及RISC-II與Hennessy在Standford的MIPS項(xiàng)目，這兩個(gè)大學(xué)的研究生曾參與801項(xiàng)目的研究，后來返回大學(xué)。

　　RISC-II是SPARC的前身，MIPS項(xiàng)目是MIPS處理器前身

　　801的項(xiàng)目經(jīng)理Joel Birnbaum到HP創(chuàng)立了PA-RISC

　　DEC在推出Alpha之前曾經(jīng)使用MIPS處理器三年。1994年Intel和HP宣布使用相同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

　　從上述發(fā)展過程不難解釋剛開始時(shí)五個(gè)RISC處理器的相似性，后來每個(gè)RISC處理器有了不同的發(fā)展，如Alpha的指令簡(jiǎn)單，超流水結(jié)構(gòu)，流水級(jí)多，主頻高，“a speed demon”

　　PowerPC指令功能強(qiáng)，靈活，甚至有點(diǎn)象CISC，“a brainiac”

　　目前,比較有影響的 RISC 處理器產(chǎn)品有 Compaq 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.下面將分別介紹它們的有關(guān)情況.

　　Alpha 處理器

　　Alpha 處理器最早由 DEC 公司設(shè)計(jì)制造,在 Compaq 公司收 購(gòu) DEC 之后,Alpha 處理器繼續(xù)得到發(fā)展,應(yīng)用于許多高檔的 Compaq 服務(wù)器上.從 1995 年開始有 21164 芯片,那時(shí)的工藝為 0.5mm,主頻達(dá)到 200MHz.1998 年,推出新型號(hào) 21264,當(dāng)時(shí)的 主頻是 600MHz. 目前,最新的 21264 芯片主頻達(dá)到 1GHz,工藝為 0.18mm. 在該芯片里面集成了 1500 萬個(gè)晶體管.它里面有 4 個(gè)整數(shù)運(yùn)算 單元和 2 個(gè)浮點(diǎn)計(jì)算單元.21264 芯片具有完善的指令預(yù)測(cè)能力 和很高的存儲(chǔ)系統(tǒng)帶寬(超過 1GB/s),并且其中增加了處理視 頻信息的功能,使其多媒體處理能力增強(qiáng).

　　21264 芯片保持了 Alpha 處理器可以運(yùn)行多種操作系統(tǒng)的 特點(diǎn),其中包括 Tru64 Unix,OpenVMS 和 Linux 等,而在這些系 統(tǒng)中,已經(jīng)有許多成熟的應(yīng)用程序,這也是 Alpha 處理器的一個(gè) 優(yōu)勢(shì).

　　目前,Compaq 公司正在開發(fā)新一代的處理器 EV7 和 EV8, 其主頻分別為 1.25GHz 和 1.65GHz,工藝則分別為 0.18mm 和 0.13mm.新型處理器的重點(diǎn)將側(cè)重于引入系統(tǒng)級(jí)的特征,如滿足 復(fù)雜工作負(fù)載和大規(guī)模 SMP 的需求.

　　MIPS 處理器

　　MIPS 技術(shù)公司是一家設(shè)計(jì)制造高性能,高檔次及嵌入式 32 位和 64 位處理器的廠商. RISC 處理器方面占有重要地位. 在 1984 年,MIPS 計(jì)算機(jī)公司成立.1992 年,SGI 收購(gòu)了 MIPS 計(jì)算機(jī)公 司.1998 年,MIPS 脫離 SGI,成為 MIPS 技術(shù)公司.

　　MIPS 公司設(shè)計(jì) RISC 處理器始于 80 年代初,1986 年推出 R2000 處理器,1988 年推出 R3000 處理器,1991 年推出第一款 64 位商用微處理器 R4000.之后,又陸續(xù)推出 R8000(于 1994 年),R10000(于 1996 年)和 R12000(于 1997 年)等型號(hào). 之后,MIPS 公司的戰(zhàn)略發(fā)生變化,把重點(diǎn)放在嵌入式系統(tǒng).1999 年,MIPS 公司發(fā)布 MIPS 32 和 MIPS 64 架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn),為未來 MIPS 處理器的開發(fā)奠定了基礎(chǔ).新的架構(gòu)集成了所有原來 MIPS 指令 集,并且增加了許多更強(qiáng)大的功能.MIPS 公司陸續(xù)開發(fā)了高性 能,低功耗的 32 位處理器內(nèi)核(core)MIPS 32 4Kc 與高性能 64 位處理器內(nèi)核 MIPS 64 5Kc.2000 年,MIPS 公司發(fā)布了針對(duì) MIPS 32 4Kc 的新版本以及未來 64 位 MIPS 64 20Kc 處理器內(nèi)核.

　　為了使用戶更加方便地應(yīng)用 MIPS 處理器,MIPS 公司推出 了一套集成的開發(fā)工具, 稱為 MIPS IDF Integrated Development ( Framework),特別適合嵌入式系統(tǒng)的開發(fā).

　　PA-RISC 處理器

　　HP 公司的 RISC 芯片 PA-RISC 于 1986 年問世.目前,他們 正在開發(fā) HP 的 64 位超標(biāo)量處理器 PA-8000 系列. 同時(shí),HP 公 司與 Intel 公司合作開發(fā)的下一代芯片 IA-64, 在與原來 PA-RISC 和 Intel x86 系列芯片兼容的基礎(chǔ)上, 性能更會(huì)有飛躍性的提高.

　　PA-8000 系列芯片是從 1996 年開始提供的.第 1 款芯片的 型號(hào)為 PA-8000, 主頻達(dá) 180MHz, 后來陸續(xù)推出 PA-8200, PA-8500 和 PA-8600 等型號(hào).

　　HP 公司正在開發(fā) 64 位微處理器 PA-8700. 此芯片將于 2001 年上半年正式投入服務(wù)器和工 作站的使用.這種新型處理器的設(shè)計(jì)主頻將達(dá)到 800MHz 以上.PA-8700 使用的工藝是 0.18mm 絕 緣硅(Silicon-On-Insulator,SOI)銅 CMOS 工藝,采用 7 層銅 導(dǎo)體互連,芯片上的高速緩存達(dá)到 2.25MB,比 PA-8600 增加了 50%.這種新的 0.18mm 工藝降低了電壓,從而使工作在較高頻率 下的芯片大大降低了功耗,工作溫度也較低.此外,這種工藝使 芯片幾何尺寸更小,主頻更高.因此,PA-8700 計(jì)算速度高達(dá)每 秒 32 億次運(yùn)算.

　　根據(jù) HP 公司的規(guī)劃, 未來還將推出 PA-8800 和 PA-8900 處 理器, 其主頻分別達(dá)到 1GHz 和 1.2GHz. PA-RISC 同時(shí)也是 IA-64 的基礎(chǔ).在未來的 IA-64 芯片中,繼續(xù)保持許多 PA-RISC 芯片的 重要特性,包括 PA-RISC 的虛擬存儲(chǔ)架構(gòu),統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式,浮點(diǎn) 運(yùn)算,多媒體和圖形加速等.

　　PowerPC 處理器

　　PowerPC 架構(gòu)的特點(diǎn)是可伸縮性好,方便靈活.PowerPC 處 理器品種很多,既有通用的處理器,又有嵌入式控制器和內(nèi)核, 應(yīng)用范圍非常廣泛, 從高端的工作站, 服務(wù)器到桌面計(jì)算機(jī)系統(tǒng), 從消費(fèi)類電子產(chǎn)品到大型通信設(shè)備,無所不包.

　　處理器芯片主要型號(hào)是 PowerPC 750,它于 1997 年研制成 功,最高的工作頻率可以達(dá)到 500MHz,采用先進(jìn)的銅線技術(shù). 該處理器有許多品種,以便適合各種不同的系統(tǒng).包括 IBM 小型 機(jī),蘋果電腦和其他系統(tǒng).

　　嵌入式的 PowerPC 405(主頻最高為 266MHz) 和 PowerPC 440(主頻最高為 550MHz)處理器內(nèi)核 可以用于各種集成的系統(tǒng)芯片(system-on-a-chip,SOC)設(shè)備 上,在電信,金融和其他許多行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用.

　　Sparc 處理器

　　Sun 公司以其性能優(yōu)秀的工作站聞名,這些工作站的心臟 全都是采用 Sun 公司自己研發(fā)的 Sparc 芯片. 根據(jù) Sun 公司未來 的發(fā)展規(guī)劃, 64 位 UltraSparc 處理器方面, 在 主要有 3 個(gè)系列, 首先是可擴(kuò)展式 s 系列,主要用于高性能,易擴(kuò)展的多處理器系 統(tǒng).目前 UltraSparc Ⅲs 的頻率已經(jīng)達(dá)到 750GHz.將推出 UltraSparc Ⅳs 和 UltraSparc Ⅴs 等型號(hào). 其中 UltraSparc Ⅳs 的頻率為 1GHz,UltraSparc Ⅴs 則為 1.5GHz.其次是集成式 i 系列,它將多種系統(tǒng)功能集成在一個(gè)處理器上,為單處理器系統(tǒng) 提供了更高的效益.已經(jīng)推出的 UltraSparc Ⅲi 的頻率達(dá)到 700GHz,未來的 UltraSparc Ⅳi 的頻率將達(dá)到 1GHz.最后是嵌 入式 e 系列,為用戶提供理想的性能價(jià)格比,嵌入式應(yīng)用包括瘦 客戶機(jī),電纜調(diào)制解調(diào)器和網(wǎng)絡(luò)接口等.Sun 公司還將推出主頻 300,400,500MHz 等版本的處理器.

　　1999 年 6 月, UltraSparc Ⅲ首次亮相, 它采用先進(jìn)的 0.18mm 工藝制造.該處理器全部采用 64 位結(jié)構(gòu)和 VIS 指令集,時(shí)鐘頻 率從 600MHz 起,可用于高達(dá) 1000 個(gè)處理器協(xié)同工作的系統(tǒng)上. UltraSparc Ⅲ的內(nèi)存帶寬達(dá)到 2.4GB/s,還配備了 8MB 的二級(jí) 高速緩存,性能很好.UltraSparc Ⅲ和 Solaris 操作系統(tǒng)的應(yīng) 用實(shí)現(xiàn)了百分之百的二進(jìn)制兼容,完全支持客戶的軟件投資,得 到眾多的獨(dú)立軟件供應(yīng)商的支持.

　　不僅如此,為了幫助原設(shè)備廠商盡快把產(chǎn)品推向市場(chǎng),集 中精力開發(fā)產(chǎn)品, 公司還開發(fā)了 Sparc 處理器主板, Sun 包括 ATX 和 CompactPCI 兩個(gè)系列.