IBM370/168的硬件设计者案例分析及解决办法

硬件设计师发明了许多技术和工具来实现所需的架构以满足他们的使用需求。就处理器硬件而言,实现处理器硬件架构的概念有两种:一种是RISC8位复杂指令集cpu设计,另一种是CISC。

一、什么是 CISC 架构

CISC 方法试图最小化每个程序的指令数,从而牺牲每个指令的周期数。基于 CISC 架构的计算机旨在降低内存成本。因为8位复杂指令集cpu设计,大程序需要更多的存储空间,从而增加了内存成本,而大内存变得更加昂贵。为了解决这些问题,可以通过在单个指令中嵌入操作数来减少每个程序的指令数,从而使指令更加复杂。

1.MUL将两个值从内存中加载到CISC中不同的寄存器中。

2.CISC 通过实现硬件和执行操作,使用尽可能少的指令。

3.指令集架构是允许程序员和硬件之间进行通信的媒介。数据执行部分,数据的复制、删除或编辑是微处理器中使用的用户命令,指令集架构用于操作微处理器。

4.上述指令集架构中使用的主要关键字如下。

指令集:一组指令用于执行通过操作数据来指示计算机的程序。指令的形式是——操作码(opcode)和操作数。其中,操作码是用于加载和存储数据等的指令。操作数是应用指令的内存寄存器。

寻址模式:寻址模式是访问数据的方式。根据所应用的指令类型,有几种寻址模式,例如直接模式(访问直接数据)或间接模式(访问数据的位置)。具有相同 ISA 的处理器在组织上可能有很大不同。具有相同 ISA 和几乎相同组织的处理器仍然不完全相同。

CPU 性能由基本定律决定

因此 CPU 性能取决于指令数、CPI(每条指令的周期数)和时钟周期时间。这三者都受到指令集架构的影响。

上图凸显了指令集架构的重要性。

二、CISC 处理器案例

IBM 370/168:1970 年推出。CISC 设计是一个 32 位处理器和四个 64 位浮点寄存器。

VAX 11/780:CISC 设计是一个 32 位处理器,支持 Digital Digital Corporation 提供的多种寻址模式和机器指令。

Intel 80486:1989 年发布,是 CISC 处理器,指令长度从 1 到 11 不等,将有 235 条指令。

三、CISC 架构的特点

1.指令解码逻辑会比较复杂。

2.需要一条指令来支持多种寻址模式。

3.对于直接在内存上操作 0 的指令的通用寄存器来说,更少的芯片空间就足够了。

4.各种 CISC 设计都为堆栈指针设置了两个特殊寄存器,用于处理中断等。

5.MUL 被称为“复杂指令”,需要程序员来存储函数。

四、CISC 架构的优势

1.微编程是一种易于实现的汇编语言,并且比硬接线控制单元便宜。

2.微编码新指令的简便性使设计人员能够使 CISC 机器向上兼容。

3.随着每条指令变得越来越复杂,用于执行给定任务的指令越来越少。

五、CISC 架构的缺点

1.由于不同指令占用的时钟时间不同,会降低机器性能

2.尽管实际上有各种专用指令甚至很少使用,但只有 20% 的现有指令用于典型的编程事件。

3.ISC指令将条件码设置为每条指令的副作用,这个设置需要一些时间——而且条件码位会随着后续指令而改变——所以编译器必须在此之前检查条件码位案例。

以上是盈润的MCU开发工程师分享的CISC架构以及CISC架构的优缺点。如需更多MCU解决方案产品信息,请致电官网:0755-82543511,或点击“在线咨询”,我们的客服人员将为您提供更详细的解答。

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