llsc.ppt
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《llsc.ppt》的主题围绕RISC(精简指令集计算)处理器设计展开,强调了RISC系统结构的基本思想和其在计算机体系结构发展中的重要性。RISC设计旨在简化硬件,提高处理器频率,利用指令流水线技术以及多发射技术来提升性能,同时保持与现有系统的兼容性。 1. RISC系统结构的基本思想: - **简单指令系统**:RISC指令的操作简单,数据处理通过Load-Store结构进行,寻址方式简洁,指令编码定长。 - **优化实现**:通过简化硬件设计,提高处理器工作频率,使得CPI(每条指令周期数)较高。 - **流水线和多发射技术**:这两种技术可以在不破坏兼容性的前提下提高性能,且易于解决指令间的关联问题。 2. 指令系统设计的原则: - **位置**:作为硬件和软件之间的接口,指令系统需要长期保持稳定(兼容性),通用且适用于多种应用,同时也要方便编译器和程序员使用,并且有利于CPU设计优化以提高性能。 3. 计算机体系结构的发展: - 从50-60年代计算机结构主要关注算术运算,到70-80年代转向指令集设计,再到90年代以后涵盖了CPU、内存系统、I/O系统和多处理器等更多方面,表明了指令系统设计在整个计算机系统设计中的重要性。 4. 影响指令系统设计的因素: - **工艺技术**:随着工艺技术的进步,硬件集成度和主频不断提高,但访存延迟相对滞后,这推动了并行技术、存储层次和网络集成度的研究。 - **Moore定律**:每18个月集成电路的晶体管数量翻倍,使得更多晶体管可用作系统结构的研究,如PIM(Processing In Memory)和SIMD(Single Instruction Multiple Data)等。 - **微处理器技术**:微处理器性能的迅速提升不仅源于微电子技术,也依赖于系统结构技术,如微处理器主频和性能的快速增长。 5. 系统结构对指令系统的影响: - 指令系统设计需要适应存储层次,通过并行或流水线技术来缓解延迟问题。 - 兼容性是关键,例如Intel采用多发射技术来平衡性能和兼容性。 6. 编译技术的作用: - 指令系统是编译器工作的基础,早期更注重编程便捷性,而现代则更考虑编译器的优化,如寄存器分配策略以提高性能。 RISC处理器设计通过精简指令集和优化实现,结合先进的工艺技术和编译技术,实现了性能的大幅提升,同时保持了对既有系统的兼容性。随着技术的进步,指令系统设计将继续受到工艺、系统结构和编译技术的深远影响,以满足不断增长的计算需求。
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