17、计算机芯片性能与架构深度解析

计算机芯片性能与架构深度解析

1. PowerPC芯片性能与架构特点

1.1 PowerPC的更新模式与数组处理

在许多应用场景，尤其是涉及数组的操作中，能够在内存访问时改变寄存器的值十分便利。PowerPC通过更新模式（在助记符中用u表示）实现了部分这样的功能。在更新模式下，有效地址的计算和内存访问照常进行，之后控制寄存器的值会被更新为有效地址。

例如，在一个循环中执行以下语句：

lwzu r4, 4(r3) # access (r3+4) in update mode
add r5, r5, r4 # maintain a running sum

假设在执行这组语句前，r3的值为0x10000，第一条语句会计算出有效地址0x10004，并将该地址存储的4字节值加载到r4中。加载完成后，r3的值会更新为0x10004。下次访问下一个4字节内存位置（可能是字数组中的下一个元素地址）时，r3已经指向该位置，这能节省大量时间和精力，使数组处理或其他类似大小元素集合的处理变得非常高效。

1.2 PowerPC的栈指针与栈帧

PowerPC没有标准化、硬件强制的系统栈或系统栈指针的概念。相反，程序员（更可能是操作系统）会选用一个或多个寄存器（通常是r1）作为栈指针，并使用常规的寄存器/内存操作来模拟压栈和出栈操作。这既符合RISC的设计理念，也允许不同的程序和系统构建不同的栈帧。

1.3 PowerPC的流水线架构

计算机的性能是其成功的关键因素之一。为了让PowerPC芯