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RISC解释:你需要了解的一切

关键要点

  • risc是一种微处理器,可以简化计算机的指令以完成任务。
  • risc设计理念可以追溯到1946年,由计算机科学之父alan turing的工作开创。
  • 大多数主流的现代处理器设计都基于risc架构。著名的例外是英特尔的x86系列处理器和使用cisc架构的常见amd芯片。
  • 第一个risc系统是为电话交换机设计的,可以极大地提高呼叫路由速度。
  • 当risc处理器在20世纪80年代中期进入主流市场时,它们为高端机器和服务器带来了飞跃式的速度提升。
  • 基于risc架构的主流芯片设计包括arm、mips、powerpc和sparc处理器。

精简指令集计算机(risc)是一种可以简化计算机指令以完成任务的微处理器。risc架构生产的微处理器芯片可以创建更简单的指令,以便更高效地完成操作。它允许更高的时钟速度和更好的性能。在本文中,我们将探讨risc的历史、用途和优势。

risc:历史

risc可以简化指令以实现更高效的操作。

精简指令集计算机(risc)架构的构思源于发明家alan turing在1946年关于“自动计算引擎”的论文中。在20世纪60年代,一些早期的计算机在存储和加载数据方面展示了类似risc的特点。risc这个缩写词在基因学领域也有使用,但与计算机的缩写无关。

一些专家认为,第一个现代risc系统是由john cocke创建的。该发明家的项目始于1975年,于1980年以ibm 801处理器的形式完成。然而,risc这个术语是由david patterson在1980年至1984年间创造的,作为他在加州大学伯克利分校领导的项目的名称。patterson的理念与cocke的理念相似,他试图创建一种更高效的计算机处理器架构。

创建ibm 801 risc系统的目标是生产一种24位计算机处理器,为电话交换系统提供提高的速度和其他优势。为了处理每小时100万个呼叫的目标,risc系统需要每秒执行1200万条指令,这是当时ibm最快的大型机系统速度的三倍多。

risc:工作原理

risc架构代表精简指令集计算机,用于生产优化使用更简单指令的微处理器芯片,以实现更高效的操作和其他优势。通过使用更简单的指令,处理器可以以更高的时钟速度执行,并且通常具有更好的性能。在电池供电且无法提供足够电力运行要求更高处理器的设备,如智能手机、笔记本电脑和平板电脑,往往最受risc处理器的益处。

微处理器是任何计算机设备的核心,例如智能手机、服务器或专业台式工作站。中央处理器(cpu)通过进行快速重复的数学运算来执行设备的操作。现代处理器每秒执行数十亿次循环操作,这就是为什么处理器的速度用千兆赫(ghz)来描述的原因。

采用risc架构时,每个处理周期的工作较少,因为每个周期只执行一个操作。通过坚持每个指令执行一个周期,可以减少总执行时间,从而提高系统的整体性能,使其更快速和高效。每个周期的指令长度固定,这也意味着系统更容易将数据传送到处理器和从处理器传送到计算机内存,并提供其他优势,包括更快地传输数据到和从计算机内存。

risc:历史意义

risc在20世纪80年代开始成为商业上可行的。

©wichy/shutterstock.com

第一批risc处理器是计算机速度的重大飞跃,它们的早期设计导致了随后出现的几款顶尖处理器。最早的risc系统的创建者发现,当时的处理器性能存在限制,主要是由于复杂的微码序列对代码执行提出了更多的要求。

开发第一批risc芯片的工程师,特别是加州大学伯克利分校的大卫·帕特森和ibm的约翰·科克,意识到在取得显著的性能飞跃之前,需要去除微码序列。芯片架构不仅过于复杂,还导致编程代码的性能下降。帕特森被招募来改进motorola 68k处理器,这是当时推崇更大复杂性的设计理念的例子。因此,帕特森在伯克利发起了一个项目,旨在彻底改变芯片架构,实现更小的指令集和更高的效率。

当risc项目在计算机科学领域中被知晓后,斯坦福大学的工程师在1981年开始了一项名为mips项目的类似努力。该项目最初是一个研究生项目,1983年实现了一个完整的mips系统。1984年,约翰·亨尼西(john hennesy)及其团队成立了一家名为mips计算机系统的公司。

到了20世纪80年代中期,risc系统开始被视为商业上可行的。mips计算机系统于1986年发布了r2000处理器,它是基于risc架构的32位系统。此后不久,惠普发布了pa-risc,而sun microsystems开发了sparc处理器,其源自伯克利risc团队的工作。

20世纪80年代末,risc处理器远远超过了竞争对手的芯片类型。一些值得注意的例子是英特尔i860和摩托罗拉powerpc芯片。ibm对sparc系统产生了兴趣,这导致这些处理器成为20世纪90年代中期供电服务器的最常见芯片。

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