CISC是英文“Complex Instruction Set Computer”的缩写,中文意思是“复杂指令集”。大量的复杂指令、可变的指令长度、多种的寻址方式是CISC的特点,也是CISC的缺点:因为这些都大大增加了解码的难度,而在现在的高速硬件发展下,复杂指令所带来的速度提升早已不及在解码上浪费点的时间。1975年,IBM的设计师John Cocke研究了当时的IBM370 CISC系统,发现其中占总指令数仅20%的简单指令却在程序调用中占了80%,而占指令数80%的复杂指令却只有20%的机会用到。
1、RISC的产生、发展和现状
RISC是“Reduced Instruction Set Computer”的缩写,即精简指令集计算机。这是由加州大学伯克利分校RISC项目负责人David Paterrso教授在70年代所命名的,并一直沿用至今。
80年代后期,RISC结构逐渐代替了CISC (复杂指令集计算-Complex Instruction Set Computing),成为主流微处理器设计结构。使用RISC技术是为了优化指令系统、加快程序编译、提高运行速度。RISC技术采用了更加简单和统一的指令格式、固定的指令长度以及优化的寻址方式,使整个计算结构更加合理。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。
接下来我们将对四款主流的RISC服务器处理器一一做介绍:
2、IBM:Power 系列处理器
IBM共拥有四条处理器产品线 —— POWER 体系结构,PowerPC 系列的处理器,Star 系列(很少用于服务器中),以及 IBM 大型机上所采用的芯片。
POWER 是 Power Optimization With Enhanced RISC 五个单词的缩写,是 IBM 的很多服务器、工作站和超级计算机的主要处理器。POWER 芯片起源于 801 CPU,是第二代 RISC 处理器。POWER 芯片在 1990 年被 RS 或 RISC System/6000 UNIX 工作站(现在称为 eServer 和 pSeries)采用,POWER 的产品有 POWER1、POWER2、POWER3、POWER4,现在最先进的是 POWER5。POWER6计划在今年年中发布。
PowerPC 是 Apple、IBM 和摩托罗拉(Motorola)联盟(也称为 AIM 联盟)的产物,它基于 POWER 体系结构,但是与 POWER 又有很多的不同。例如,PowerPC 是开放的,它既支持高端的内存模型,也支持低端的内存模型,而 POWER 芯片是高端的。最初的 PowerPC 设计也着重于浮点性能和多处理能力的研究。当然,它也包含了大部分 POWER 指令。很多应用程序都能在 PowerPC 上正常工作,这可能需要重新编译以进行一些转换。
从 2000 年开始,摩托罗拉和 IBM 的 PowerPC 芯片都开始遵循 Book E 规范,这样可以提供一些增强特性,从而使得 PowerPC 对嵌入式处理器应用(例如网络和存储设备,以及消费者设备)更具有吸引力。PowerPC 体系结构的最大一个优点是它是开放的:它定义了一个指令集(ISA),并且允许任何人来设计和制造与 PowerPC 兼容的处理器;为了支持 PowerPC 而开发的软件模块的源代码都可以自由使用。最后,PowerPC 核心的精简为其他部件预留了很大的空间,从新添加缓存到协处理都是如此,这样可以实现任意的设计复杂度。
IBM 的 4 条服务器产品线中有两条与 Apple 计算机的桌面和服务器产品线同样基于 PowerPC 体系结构,分别是 Nintendo GameCube 和 IBM 的“蓝色基因(Blue Gene)”超级计算机。现在,三种主要的 PowerPC 系列是嵌入式 PowerPC 400 系列以及独立的 PowerPC 700 和 PowerPC 900 系列。而PowerPC 600 系列,是第一个 PowerPC 芯片。它是 POWER 和 PowerPC 体系结构之间的桥梁。现在的PowerPC970,采用0.13微米SOI工艺制造,其内只有一颗CPU核心,带有512K 芯片内L2 cache。