计组一——总线与指令集架构

总线

冯诺伊曼结构描述的计算机主要有四个部件:存储器、运算器、控制器、I/O;而将这些部件通过一定的组合连接起来的逻辑或非逻辑线路统称为总线。
总线不是仅仅起到连接部件的作用那么简单,通过不同的链接方式,总线极大的影响甚至决定了四个部件协同工作的效率;而计算机架构中最重要的一环——指令集,与总线更是息息相关。

CISC与RISC

CISC架构的代表: x86, C51

RISC架构的代表:arm, mips,powerpc, avr, pic

在个人计算机cpu中,微软的一系列操作系统主要部署在x86这样的CISC架构上,UNIX、Linux 以及一系列类UNIX操作系统则主要部署在RISC架构上。但并不是绝对的,只是主流如此,毕竟操作系统和指令集之间并不是包含关系。

在计算机指令系统的优化发展过程中,出现过两个截然不同的优化方向:CISC技术和RISC技术。CISC是指复杂指令系统计算机(Complex Instruction Set Computer);RISC是指精简指令系统计算机(Reduced Instruction Set Computer)。

在早期,RAM与缓存器价格昂贵而容量有限;为了节省成本,设计师们更倾向于一个地址完成多项指令,这就是CISC结构;但是同样也带了了问题,完成指令所需要的时间周期变长,并且多个指令在时序上不好安排。
随着硬件技术的发展,也许是为了平衡时间与成本,RISC技术也慢慢被提出了,reduced的方法提高了计算机工作的主频。但同时也有可能降低计算机工作效率。
CISC与RISC虽说是指令结构的设计思想,但是也必然体现在二者总线上的不同;所谓某某总线是RISC结构,就说明它的总线是根据精简指令集的思想设计出来哒,相同的设计思想所得到的总线想来是大同小异的吧?

RISC的特点

RISC结构一般具有如下的一些特点:
①单周期的执行

### 多思计组总线微命令概念及其在计算机体系结构中的实现 #### 总线系统的作用分类 在计算机内部,各个组件之间需要高效的据传输机制来支持系统的正常运行。总线作为连接不同模块的关键路径,在微型计算机架构中扮演着重要角色[^3]。 对于所谓的“多思计组总线”,这可能是表述上的误差或者是特定环境下的术语。“多思计组”并非标准的技术名词;然而如果考虑上下文,则可能指代的是多个处理单元之间的通信线路或是复杂指令集计算(CISC)环境下的种特殊设计思路。通常情况下讨论更多的是地址总线总线以及控制总线: - **地址总线**用于指定存储器位置; - **总线**负责实际的信息传递; - **控制总线**则携带同步信号其他管理信息以协调操作流程。 #### 微命令的理解 微命令是指由控制器产生的低级控制信号序列,旨在指导具体硬件资源如何响应高层软件请求。每条机器码指令会被分解成系列更基础的动作——即微操作,而这些动作正是通过微命令得以实施的。存在两种主要类型的控制系统可以生成这样的微命令: - 组合逻辑控制:利用硬连线的方式预先设定好所有必要的转换关系,使得输入条件能够直接映射到对应的输出行为上。 - 微程序控制:采用类似于小型解释器的方法,把复杂的控制策略编码为组表格化的指令集合(称为微代码),从而允许更加灵活的设计方案,并简化维护过程。 当涉及到具体的实现细节时,无论是哪种形式的控制方法都会涉及以下几个方面的工作: 1. 解析来自外部源(如内存或缓存)到达CPU核心处的目标指令。 2. 将该指令翻译成为连串针对目标寄存器、ALU等功能单元的具体行动指南。 3. 发送相应的电平变化给目的端口,触发预期的行为改变直至完成整个周期内的任务。 ```c++ // 假设有个简单的RISC风格处理器模型 struct MicroCommand { bool loadRegA; // 是否加载寄存器 A int aluOperation; // ALU 要执行的操作类型 bool storeResult; // 是否保存结果回某个地方 }; MicroCommand decodeInstruction(uint8_t instructionCode){ MicroCommand cmd; switch(instructionCode){ case ADD_OP: cmd.loadRegA = true; cmd.aluOperation = ALU_ADD; cmd.storeResult = true; break; default: // 默认情况处理... } return cmd; } ``` 上述伪代码展示了从条简单加法指令解码至对应微命令的过程。这里仅作为个非常抽象的例子展示基本原理,实际情况会远比这段描述要复杂得多。
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