cpu架构和指令集对CPU有何影响？

Question

如题所述

Answer 1

IA－64

IA－64架构是英特尔为了全面提高以前IA－32位处理器的运算性能，是Intel和Hp共同开发了6年的64位CPU架构，是专为服务器市场开发的一种全新的处理器架构，它放弃了以前的x86架构，认为它严重阻碍了处理器的性能提高。它的最初应用是英特尔的Itanium（安腾）系列服务器处理器，现在最新的Itanium 2系列处理器也是采用这一架构的。由于它不能很好地解决与以前32位应用程序的兼容，所以应用受到较大的限制，尽管目前Intel采取了各种软、硬方法来弥补这一不足，但随着AMD Operon处理器的全面投入，Intel的IA－64架构的这两款处理器前景不容乐观。

RISC架构

除了以上所介绍的两类IA架构的服务器处理器外，还有一种主流的处理器架构，也可称之为“RISC”（其实它是一种按处理器指令执行方式划分的类型）。采用这一架构的仍是IBM、SUN和HP等。不过近几年由于这一处理器架构标准没有完全统一、处理器的发展和应用非常缓慢，使得原来本占有的绝大多数中高档服务器市场被IA架构瓜分了大部分江山，已是日趋衰落。目前连这几家服务器厂商也开始了自己放弃，转投IA旗下，推出越来越多的IA架构服务器，以保生存。

目前采用这一架构的主要服务器处理器有IBM的Power4、Compaq Alpha 21364、HP PA－8X00、Sun的UltraSPARC III、SGI的MIPS 64 20Kc等。

CPU作为一台电脑中的核心，它的作用是无法替代的。而CPU本身只是在块硅晶片上所集成的超大规模的集成电路，集成的晶体管数量可达到上亿个，是由非常先进复杂的制造工艺制造出来的，拥有相当高的科技含量。然而如此一颗精密的芯片为什么能够控制一个庞大而复杂的电脑系统呢？这就是CPU中所集成的指令集。所谓指令集，就是CPU中用来计算和控制计算机系统的一套指令的集合，而每一种新型的CPU在设计时就规定了一系列与其他硬件电路相配合的指令系统。而指令集的先进与否，也关系到CPU的性能发挥，它也是CPU性能体现的一个重要标志。

CPU的指令集从主流的体系结构上分为精简指令集和复杂指令集，而在普通的计算机处理器基本上是使用的复杂指令集。在计算机早期的发展过程中，CPU中的指令集是没有划分类型的，而是都将各种程序需要相配合的指令集成到CPU中，但是随着科技的进步，计算机的功能也越来越强大，计算机内部的元件也越来越多，而且越来越复杂，CPU的指令也相应的变得十分复杂，而在使用过程中，并不是每一条指令都要完全被执行，在技术人员的研究过程中发现，约有80％的程序只用到了20％的指令，而一些过于冗余的指令严重影响到了计算机的工作效率，就这一现象，精简指令集的概念就被提了出来。

精简指令集RISC就是（Reduced Instruction Set Computing）的缩写，而复杂指令集CISC则是（Complex Instruction Set Computing）的缩写。它们之间的不同之处就在于RISC指令集的指令数目少，而且每条指令采用相同的字节长度，一般长度为4个字节，并且在字边界上对齐，字段位置固定，特别是操作码的位置。而CISC指令集特点就是指令数目多而且复杂，每条指令的长度也不相等。在操作上，RISC指令集中大多数操作都是寄存器到寄存器之间的操作，只以简单的Load（读取）和Sotre（存储）操作访问内存地址。因此，每条指令中访问的内存地址不会超过1个，指令访问内存的操作不会与算术操作混在一起。在功能上，RISC指令集也要比复杂指令集具有优势，精简指令集可以大大简化处理器的控制器和其他功能单元的设计，不必使用大量专用寄存器，特别是允许以硬件线路来实现指令操作，从而节约的处理器的制造成本。而采用CISC指令集的处理器是使用微程序来实现指令操作，在执行速度上不如RISC指令集。另外，RISC还加强了并行处理能力，非常适合于采用处理器的流水线、超流水线和超标量技术，从而实现指令级并行操作，提高处理器的性能。而且随着VLSI（Very Large Scale Integration超大规模集成电路）技术的发展，整个处理器的核心甚至多个处理器核心都可以集成在一个芯片上。RISC指令集的体系结构可以给设计单芯多核处理器带来很多好处，有利于处理器的性能提高。

由于RISC指令集自身的优势，在处理器的高端服务器领域的处理器上得到了广泛的运用，而CISC指令集主要运用桌面领域的处理器产品中，比如Intel的Pentium系列和AMD的K8系列处理器。然而现在RISC指令集也不断地向桌面领域渗入，相信以后的处理器指令集会慢慢的向RISC体系靠拢，使得处理器的指令集结构更加完善，功能更为强大，技术也越来越成熟。