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计算机体系结构是由哪些部分组成的?可划分哪几个层次?

71 RISC-V 计算机 处理器
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RISC-V的含义是什么?
计算机体系结构是由哪些部分组成的?可划分哪几个层次?
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2021-6-18 08:38:28   评论 分享淘帖 邀请回答
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1、RISC-V的前世今生
RISC-V的含义就是第五代RISC指令集架构,是由伯克利的研究团队开发的。所谓RISC即精简指令集架构,是与CISC(复杂指令集架构)相对的概念。精简的意思是该指令集架构只实现一些必要的,简单的基本指令,而不会像CISC那样考虑很复杂,但很少使用的指令。
现如今RISC是潮流,即使是采用CISC的Intel的CPU,在硬件中也添加了相关的译码器,将CISC指令翻译为RISC指令后再执行,可以说是一种表面CISC实际RISC的做法,而Intel之所以这么做可能更多地是为了确保向后兼容,而不是真的坚持看好CISC架构的前景。
RISC-V的设计哲学就是“精简”,由于其总结了计算机体系结构近几十年的发展成果,避免了很多时代遗留问题,所以具有很多后发优势。在同等代码量下,基于RISC-V的处理器相比ARM的Cortex系列处理器具有更高的能效比和更少的指令数,这是其能获得大范围认同的主要原因。
此外,RISC-V是一个开源的指令集架构,意味着不需要昂贵的授权费(例如X86指令集甚至不是昂贵的授权费可以解决的问题)任何公司或个人都可以获得完整的指令集架构内容。
这一点尤其对于国内的企业有很大的好处,因为目前诸如海思等企业已可以独立自主地设计高性能的处理器,但仍需要获得指令集相关的授权(如ARM公司),若采用RISC-V指令集架构则没有这方面的困扰。
当然目前RISC-V社区的规模和X86以及ARM仍然差距很大,但众多主流厂商也都看好RISC-V的发展前景,比如上面提到的,很多大厂在校招时都希望应聘者对RISC-V有了解,随着入局者的增加,RISC-V的社区规模还在不断增长中。
2、计算机体系结构概念
计算机是个包含很广的学科,从最顶层的算法到最底层的晶体管大致可按下图划分为几个层次。


在层次图中与RISC-V相关的是编译器和计算机体系结构两部分,前者属于软件,功能是将高级语言(C,C++等)语言写的程序翻译为硬件可以理解的机器语言指令,后者属于硬件,研究的是如何使用流水线技术,多级存储技术等,从框架层面搭建一个可以执行RISC-V指令的处理器。

在实际处理中需要这两部分,以及操作系统等相配合才能实现一个高效的处理器。以编译器层次为例,现在标配的超标量处理器就需要编译器对翻译后的指令根据数据依赖性进行指令调度的优化,而操作系统会维护虚拟地址相关的页表,在硬件层次则会加入分支预测电路,cache管理电路等,所以若是想设计处理器,还得软硬件都熟悉才行。
2021-6-18 15:07:04 评论

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