詳細瞭解計算機指令系統

指令系統指一臺計算機中所有機器指令(基本操作)的集合，是表徵一臺計算機效能的重要因素，它的格式與功能不僅直接影響到機器的硬體結構，而且也直接影響到系統軟體，影響到機器的適用範圍。

 

指令系統的發展歷程：

50年代：指令系統只有定點加減、邏輯運算、資料傳送、轉移等十幾至幾十條指令。

60年代後期：增加了乘除運算、浮點運算、十進位制運算、字串處理等指令，指令數目多達一二百條，定址方式也趨多樣化。

60年代後期開始出現系列計算機、複雜指令系統計算機(CISC)、精簡指令系統計算機(RISC)。

 

目前流行的CPU可以如下劃分：

CISC(Complex Instruction Set Computer)：Intel/AMD/VIA的x86

RISC(Reduced Instruction Set Computer)：MIPS和ARM，蘋果的PowerPC。

 

MIPS的意思是“無內部互鎖流水級的微處理器”(Microprocessor without interlocked piped stages)，其機制是儘量利用軟體辦法避免流水線中的資料相關問題。它最早是在80年代初期由史丹佛(Stanford)大學Hennessy教授領導的研究小組研製出來的。

 

在MIPS晶片的發展過程中，SGI公司在1992年收購了MIPS計算機公司，1998年，MIPS公司又脫離了SGI，成為MIPS技術公司， MIPS技術公司是美國著名的晶片設計公司，它採用精簡指令系統計算結構(RISC)來設計晶片。和英特爾採用的複雜指令系統計算結構(CISC)相比，RISC具有設計更簡單、設計週期更短等優點，並可以應用更多先進的技術，開發更快的下一代處理器。

 

MIPS是賣的最好的RISC CPU，可以從任何地方，如Sony， Nintendo的遊戲機，Cisco的路由器和SGI超級計算機，看見MIPS產品在銷售。目前主要分為兩個系列，R系列和K系列。MIPS R系列微處理器用於構建SGI的高效能工作站、伺服器和超級計算機系統。在嵌入式方面，MIPS K系列微處理器是目前僅次於ARM的用得最多的處理器之一（1999年以前MIPS是世界上用得最多的處理器），其應用領域覆蓋遊戲機、路由器、鐳射印表機、掌上電腦等各個方面。

 

利用RISC處理器作為伺服器領域，MIPS的另兩個競爭對手分別是SUN的UltraSPARC和IBM的POWER系列處理器。但比較而言，MIPS主要是應用於專門的圖形工作站(SIG)/伺服器上。

 

附：中國龍芯2和前代產品採用的都是64位MIPS指令架構，它與大家平常所知道的X86指令架構互不相容，MIPS指令架構由MIPS公司所創，屬於 RISC體系。過去，MIPS架構的產品多見於工作站領域，索尼PS2遊戲機所用的“Emotion Engine”也採用MIPS指令，這些MIPS處理器的效能都非常強勁，而龍芯2也屬於這個陣營，在軟體方面與上述產品完全相容。

 

POWER(Performance Optimized With Enhanced RISC): 二十世紀九十年代，IBM(國際商用機器公司)、Apple（蘋果公司）和Motorola（摩托羅拉）公司開發PowerPC晶片成功，並製造出基於PowerPC的多處理器計算機。PowerPC 體系結構是 RISC（精簡指令集計算）體系結構的一個示例。因此APPLE的PC用的CPU分為兩類，一是IBM的Power系列，另一是Motolora的MC和MPC系列。

 

Ref:

http://wiki.ccw.com.cn/指令系統

http://wiki.ccw.com.cn/X86架構