RISC处理器的主要特征

微型计算机发展至今，已成为性能价格比很高的超级微型机（Super-microcomputer）。当前微型计算机采用了许多先进技术，本节作简要的介绍。

　　1.4.1　流水线技术

　　流水线（Pipeline）技术是一种将每条指令分解为多步，并使不同指令的各步重叠操作，以实现几条指令并行操作，加速程序的执行速度的一种技术。

　　采用流水线技术后，并没有加速单条指令的执行，每条指令的操作步骤也没有减少，只是多条指令同时执行，因而从总体上加快了指令执行的速度。

　 　例如，80486采用六级流水线结构，即同时有6条指令并行操作。若每条指令需要6个步骤，每个步骤需要一个时钟周期的时间，那么经过6个时钟后，每个 时钟就有一条指令执行完毕。Pentium采用由“U”和“V”两条并行指令流水线构成的超标量流水线结构，可大大提高指令的执行速度。

　　流水线的实现是通过增加计算机硬件来实现的。通常一条指令的执行分为预取指令、译码、地址生成、取操作数、执行指令等多个步骤，每个步骤都需要有相应的硬件电路支持，才能实现流水线作业。

　　1.4.2　高速缓冲存储器技术

　　在80386以后的微型机中，为了加快运算速度，都增设一级或二级的高速小容量存储器，称之为高速缓冲存储器（Cache）。高速缓冲存储器的存取速度比微机中的主存储器要快一个数量级，大体和CPU的处理速度相当。

　 　由于程序中相关数据块一般都按顺序存放，并且大都存于相邻的存储单元，而程序常常重复使用同一代码和数据块，利用程序执行的这些重要特征，可采用 Cache保存这些经常重复使用或当前将要使用的指令和数据。CPU在对一条指令或操作数寻址时，首先到Cache中去查找，在一般正常情况下，CPU对 Cache的存取命中率可达95%以上，从而大大提高了程序的执行速度。

　　Cache技术和设计是一个复杂的课题，一般而 言，Cache容量大，有较高的命中率，则说明系统的性能较好。Cache和与它配合的高速缓冲控制器都由硬件实现，80486以后的微处理器中将 Cache和高速缓冲控制器集成在CPU芯片中，因此对用户说是透明的，不需要用户自己去控制或操作。

　　1.4.3　虚拟存储器技术

　 　虚拟存储技术是在内存储器和外存储器（软盘、硬盘或光盘）之间增加一定的硬件和软件支持，使内存和外存形成一个有机的整体。操作时，将程序预先放在外存 储器中，由系统软件（操作系统）统一管理和调度，按照某种置换算法将外存的内容依次调入内存中被CPU执行。这样，对使用者说，从CPU看到的是一个速度 接近内存而容量却与外存相当的假想存储器，称为虚拟存储器，使编程人员在编写程序时可以不考虑内存容量的限制。在采用虚拟存储器的计算机系统中，存在着虚 地址空间和实地址空间两个地址不同的空间。虚地址空间是程序可用的空间，而实地址空间是CPU可访问的内存空间。例如，在80486中，实地址空间为 232B4GB，而虚地址空间为246B64TB。

　　1.4.4　RISC技术

　　精简指令集计算（Reduced　Instruction　Set　Computing）技术简称RISC技术，其主导思想是精简CPU芯片中指令的数目，简化芯片的复杂程度，使指令的执行速度更快。

　 　传统的计算机都采用CISC（Complex　Instruction　Set　Computing）处理器，如现在常用的Intel　80x86，其 指令集中有许多指令非常复杂。用编译器对程序编译的结果证明，大多数复杂的指令很少被使用，编译器生成的总代码的90%以上是只占CISC指令集中不足 10%的指令。要设计更好的编译器是困难的；而可行的方法是，构筑一种简单的计算机，使它只有少数指令、大的寄存器阵列、对主存的简单装入/存储访问，并 且大多数指令执行只需要一个时钟周期，这就是RISC处理器组成的计算机。

　　RISC处理器的主要特征表现在下列方面：

　　（1）采用统一的指令长度，以简化相应的逻辑电路；

　　（2）全64位实现，高流水线执行单元，很高的内部时钟速度（＞200MHz）；

　　（3）内置高性能浮点运算部件和大容量指令/数据Cache；

　　（4）采用调入/存储体系结构，将内存中的数据预先调入内部寄存器，以减少访问内存的指令数；

　　（5）支持多媒体和DSP的新指令。

　　RISC处理器的优点早就为人所知，但其执行中需要大容量的存储器和昂贵的Cache，因此RISC技术的推广遇到了很大的阻力。目前RISC技术已逐渐在消费者和商业领域获得认同和应用。