现代处理器设计学习笔记（一）

1）基本概念

ISA：指令集体系结构 Instruction-Set Architecture

不同类型的ISA不同点主要集中在如何定义操作类型以及操作数上。

ISA定义一套汇编指令，每条指令都指定一种操作类型和一个或多个操作数。

2）处理器性能公式

指令/程序：instruction/program，特定的程序需要执行的动态指令的数目

周期数/指令：cycles/instruction，平均执行每一条指令需要耗费的时钟周期数

                        一般由CPI表示，cycles per instruction

时间/周期数：time/cycles，每个时钟周期需要的时间；

3）处理器性能优化

1. 减少指令数，复杂度增加；

2. 编译器优化，减少执行指令，静态代码规模会变大；

3. 流水线技术：趋势

        将处理一条指令的任务有效地划分成多个流水段，每个流水段的延迟（信号传输延迟）

决定机器的时钟周期时间。通过使用深度你流水线，时钟周期时间可以减少。

4）指令集并行处理

        CISC 串行处理器，每处理一条指令平均需要10个周期，CPI=10;

        RISC流水线处理器，平均CPI可以接近1，如果每个周期都有一条新的指令进入流水线；

   

        指令数：三大因素 ISA/编译器/操作系统；

        频率：生产工艺和电路技术；

1. 超标量处理器：

        CPI < 1,IPC >1(IPC = 1/CPI,每个周期完成的指令数)；

        在超标量处理器中，哪n条指令将被发射到执行段是运行时决定的；

2. 超长指令字处理器：

        VLIW very long instruction word；

        VLIW不需要复制IF和DE段来同时对n条独立指令进行取指和译码。

        在VLIW处理器中，哪n条指令将被发射到执行段是编译时决定的；

        编译器将这n条指令作为一个超长指令字存放到程序存储器中。