计算机组成原理论文

计算机指令系统与中国CPU的发展

课程名称：计算机组成原理研究

论文题目：计算机指令系统与

中国CPU的发展

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2010 年12月16日

计算机指令系统与中国CPU的发展

摘要：指令系统是表征一台计算机性能的重要因素，它的格式与功能不仅直接影响到机器的硬件结构，而且也直接影响到系统软件，影响到机器的适用范围。

随着网络时代的到来，网络通信、信息安全和信息家电产品将越来越普及，而CPU正是所有这些信息产品中必不可少的部件。

关键字：指令系统中国CPU 发展

一计算机指令系统

1 计算机指令系统的发展

计算机的程序是由一系列的指令组成的,指令就是要计算机执行某种操作的命令。从计算机组成的层次结构来说, 计算机的指令有微指令、机器指令和宏指令之分。指令系统是指: 一台计算机中所有机器指令的集合, 它是表征一台计算机性能的重要因素, 其格式与功能不仅直接影响到机器的硬件结构, 也直接影响到系统软件, 影响到机器的适用范围。指令系统的发展经历了从简单到复杂的演变过程, 20 世纪50 年代: 指令系统只有定点加减、逻辑运算、数据传送、转移等十几至几十条指令; 20 世纪60 年代后期: 增加了乘除运算、浮点运算、十进制运算、字符串处理等指令,指令数目多达一二百条, 寻址方式也趋多样化;20 世纪70 年代末期:大多数计算机的指令系统多达几百条。我们称这些计算机为复杂指令系统计算机(CISC)。但是如此庞大的指令系统难以保证正确性, 不易调试维护, 造成硬件资源浪费。为此人们又提出了便于VLSI 技术实现的精简指令系统计算机( RISC) 。

指令系统是计算机体系结构最基本的特征。早期,人们采用微程序设计技术让指令系统变得日趋复杂, 后来逐渐认识到这种复杂指令系统计算机(CISC)并不能很好的提高系统性能,于是设计师们提出了精简指令系统计算机(RISC)体系结构,并在一个芯片上实现了CPU。随着RISC 微处理器迅速发展, 人们又发现RISC 指令系统并不能充分实现指令级并行处理,从而影响了计算机性能的进一步提高,又出现了超长指令字(VLIW)计算机指令系统。

2 计算机指令系统的研究

1 指令系统简介在计算机指令系统的优化发展过程中, 出现过两个截然不同的优化方向: CISC 技术和RISC 技术。CISC 是指复杂指令系统计算机(**plex Instruction Set **puter);

RISC是指精减指令系统计算机(Reduced Instruction Set**puter)。这里的计算机指令系统指的是计算机的最低层的机器指令, 也就是CPU 能够直接识别的指令。随着计算机系统的复杂, 要求计算机指令系统的构造能使计算机的整体性能更快更稳定。最初, 人们采用的优化方法是通过设置一些功能复杂的指令, 把一些原来由软件实现的、常用的功能改用硬件的指令系统实现, 以此来提高计算机的执行速度, 这种计算机系统就被称为复杂指令系统计算机, 即plex InstructionSet puter, 简称CISC。另一种优化方法是在20 世纪80 年代才发展起来的, 其基本思想是尽量简化计算机指令功能, 只保留那些功能简单、能在一个节拍内执行完成的指令,而把较复杂的功能用一段子程序来实现, 这种计算机系统就被称为精简指令系统计算机。即Reduced Instruction Set puter, 简称RISC。RISC 技术的精华就是通过简化计算机指令功能, 使指令的平均执行周期减少, 从而提高计算机的工作主频, 同时大量使用通用寄存器来提高子程序执行的速度。

2 RISC 的提出采用复杂指令系统的计算机有着较强的处理高级语言的能力. 这对提高计算机的性能是有益的。1979 年以帕特逊教授为首的一批科学家也开始在美国加册大学伯克莱分校开展这一研究。结果表明, CISC 存在许多缺点。首先,在这种计算机中, 各种指令的使用率相差悬殊:一个典型程序的运算过程所使用的80% 指令,只占一个处理器指令系统的20% , 事实上最频繁使用的指令是取、存和加这些最简单的指令,这样一来, 长期致力于复杂指令系统的设计, 实际上是在设计一种难得在实践中用得上的指令系统的处理器。同时, 复杂的指令系统必然带来结构的复杂性, 这不但增加了设计的时间与成本还容易造成设计失误。此外, 尽管VLSI 技术现在已达到很高的水平, 但也很难把CISC 的全部硬件做在一个芯片上, 这也妨碍单片计算机的发展, 在CISC 中, 许多复杂指令需要极复杂的操作, 这类指令多数是某种高级语言的直接翻版, 因而通用性差. 由于采用二级的微码执行方式, 它也降低那些被频繁调用的简单指令系统的运行速度。因而, 针对CISC 的这些弊病,帕特逊等人提出了精简指令的设想即指令

系统应当只包含那些使用频率很高的少量指令, 并提供一些必要的指令以支持操作系统和高级语言, 按照这个原则发展而成的计算机被称为精简指令集计算机(Reduced Instruction Set **puter-当前计算机发展的主流是什么呢？国内外比较一致的看法是RISC

RISC是精简指令系统计算机（Reduced Instruction Set **puter）的英文缩写。所谓指令系统计算机所能执行的操作命令的集合。程序最终要变成指令的序列，计算机能执行。计算机都有自己的指令系统，对于本机指令系统的指令，计算机能识别并执行，识别就是进行译码——把代表操作的二进制码变成操作所对应的控制信号，从而进行指令要求的操作。一般讲，计算机的指令系统约丰富，它的功能也约强。RISC系统将指令系统精简，使系统简单，目的在于减少指令的执行时间，提高计算机的处理速度。传统的计算机一般都是每次取一条指令，而RISC系统采用多发射结构，在同一时间发射多条指令，当然这必须增加芯片上的执行部件。

二迅速崛起的中国CPU

随着网络时代的到来，网络通信、信息安全和信息家电产品将越来越普及，而CPU正是所有这些信息产品中必不可少的部件。根据使用范围的不同，CPU 可分为通用CPU和嵌入式CPU。通用CPU主要用作计算机（如PC等）的处理器，具有较强的通用性，要求有较强的运算和处理能力、较大的存储器寻址空间和较快的存储速度。Intel公司的X86系列CPU是最具代表性的。而中国的CPU 又处在一种怎么样的发展形势呢？下面我们介绍中国CPU的发展

CPU 微电子中国芯

CPU是计算机的心脏，包括运算部件和控制部件，是完成各种运算和控制的核心，也是决定计算机性能的最重要的部件。CPU从最初发展至今已二十多年的历史了，这期间，按照其处理信息的字长，CPU可以分为：4位微处理器、8位微处理器、16位微处理器、32位微处理器以及正在酝酿构建的64位微处理器，可以说个人电脑的发展是随着CPU的发展而前进的。

1、中国CPU的发展足迹

在改革开放二十几载后，我们的综合国力有了质的飞跃，虽然现在仍然不能和西方发达国家相比，但也已经不再是紧巴巴的过日子了。我国的电脑产业也在