RISC处理器

 
 RISC(精简指令集算法)处理器是经过硬件的精简只执行很有限的最常用的那部分指令的处理器。因为通过研究发现,只有 大约
20%的指令是最常用的,把处理器能执行的指令数目减少到 最低限度,对它们的执行进行优化,就可以极大地提高处理器的 工作速度.一般来说,RISC
处理器比同等的 CISC 处理器要快 50%~75%,同时 RISC 处理器更容易设计和纠错。

RISC处理器的基本思想


  •   体:指令系统结构

      操作:简单

      数据:Load-Store结构,寻址方式简单

      编码:定长

      相:实现与使用方式

      简化硬件,提高主频

      指令流水线技术:寄存器操作容易解决相关编译技术

      用:性能及兼容性

      性能:每条指令周期数差不多,主频高,CPI高

      流水及多发射技术在提高性能的前提下不影响兼容性

RISC处理器的基本特性


  •   32位定长指令

      32个32位通用寄存器

      三寄存器操作数运算指令

      Load-Store指令,基址+偏移量寻址方式

      简单转移条件

      Delay-Branch

时间: 2024-11-08 02:12:59

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RISC处理器设计(一)------体系结构的选择

RISC处理器指令和变量数目非常少但结构复杂,因此RISC处理器可实现更高的并行性.本文设计的RISC处理机的特点如下: (1)指令简单且数量较少 通过对程序的静态指令进行静态分析,最终只将最常见的指令在RISC处理器中实现,其他指令由编译器综合实现.要实现这一特性以及减少诸如数据相关或程序跳转引起的流水线冲突较少,主要依赖于合适的编译器和特殊硬件来实现.指令集的简单也带来了相对简单的指令传送机制,可以减少对存储器进行指令的读和写操作. (2)格式固定而且指令长度简短 简单指令基本上字长是固定的

RISC处理器设计(二)------指令集的设计

定义指令字长为32位,并把寄存器堆扩展到32个通用32位寄存器.一套包含8个寄存器的寄存器堆,对于一个优化好的进程,足够安排所有的本地变量.采用寄存器窗技术可以提高系统的吞吐率.使CPI<1.一套32位寄存器阵列能够实现4个嵌套深度的进程. 1.指令格式的设计 指令可以分为四大类: 类别 说明 运算类 寄存器数据算术逻辑运算 访存类 主存储器访问(Load/Store) 跳转类 分支跳转(控制转移.条件与非条件) 特殊类 对诸如程序计数器PC等特殊寄存器操作的特殊指令 指令格式可以分为两大类:访

RISC处理器设计(七)------Cache和寄存器堆的选择

1.通用指令Cache MPC 因为访存类指令占据了存储器的接口,阻止了新的指令进入处理器.因此在冯诺依曼体系结构下,单存储器接口会产生冲突问题. 在RIB模式下(精简指令缓冲器),只保存在访存类指令执行时需要从存储器中取出的指令,将其存入Cache中. 通过这种方法,访存类指令执行的开销可以在Cache命中的情况下减少到一个半周期以内. MPC包含16项,每一项包含两个部分.每一个部分中保存一条指令.还有一个TAG区域保留,作为地址和处理器模式的标识位(KERNEL_MODE或USER_MOD

RISC处理器设计(三)------中断的设计

中断是将正常的指令流运行过程转向中断服务程序.在中断处理完之后,处理器返回到原来运行的程序. 处理器状态包括寄存器状态和程序流返回地址,他们保存在特殊寄存器和通用寄存器的R28~R31中.所以有两套额外的寄存器在不同的中断等级下调出使用. 处理器有外部中断或称为硬件中断(Hwi)供其他系统单元请求处理器暂停正在执行的程序,而内部中断则发生在处理器内部.内部中断又分为异常(EXC)和软件中断(SWI)两种. 异常是指令执行过程中发生错误时自动调用的,软件中断是SWI指令调用的. 软件通过跳转到不同

RISC处理器设计(四)------数据流的设计

数据流是由硬件的数据通路决定的,表示数据随着指令的执行而流动的过程.也就是数据和控制之间的关系. 对于数据而言,包括操作码.操作数.存储器地址和内容.跳转目的地址和内容.寄存器地址和内容. 对于控制而言,包括控制各个部件的控制信号.时序控制信号和中断控制信号. 1.指令在数据通路中的执行 (1)指令装载进指令寄存器IR 指令的地址来自程序计数器PC.在最好情况下,指令来自指令Cache,是由跳转Cache BTC和通用指令Cache MPC共同构成的. 在最坏的情况下,指令来自于外部存储器,即C

RISC处理器设计(八)-------处理器整体架构

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