5_RISC技术

RISC设计原则及基本技术CISC的特点：指令系统庞⼤，指令功能复杂，指令寻址⽅式多，指令格式多绝⼤多数指令须要多个机器周期完毕各种指令都能够訪问存储器採⽤微程序控制有专⽤寄存器，少量难以⽤优化编译技术⽣成⾼效的⽬标代码程序RISC特点：⼤多数指令在单周期内完毕LOAD/STORE结构硬布线控制逻辑降低指令和寻址⽅式的种类固定的指令格式注重编译的优化（三地址指令格式、较多的寄存器、对称的指令格式）*我觉得RISC与CISC的不同之处在于指令精简、寻址⽅式降低以及注重编译优化，这要得益于⼆⼋法则（CISC中，⼤约20％的指令占领了80％的处理机时间。

其余80％指令使⽤频度仅仅占20％的处理机执⾏时间）。

RISC⽐CISC快3倍左右。

主要取决于CPI(每条指令执⾏的平均周期数)。

在RISC中CPI近乎1。

RISC的设计原则：使⽤频度⾮常⾼的指令⼤⼤降低寻址⽅式全部指令在⼀个机器周期内完毕扩⼤通⽤寄存器个数採⽤硬联控制实现通过精简指令和优化设计编译程序，以简单有效的⽅式⽀持⾼级语⾔RISC结构採⽤的基本技术：在逻辑上採⽤硬联实现和微程序固件实现相结合的技术在CPU中设置数量较⼤的寄存器组，并採⽤重叠寄存器窗体的技术指令的运⾏採⽤流⽔和延迟转移技术採⽤优化编译技术。

优化寄存器的分配和使⽤RISC的不⾜：指令少。

加重汇编程序猿的负担浮点运算和虚拟存储器⽀持不⾜编译程序难写对于不⾜的最后⼀条，我感到疑惑——RISC提供直接⽀持⾼级语⾔的能⼒，应当是简化了编译程序的设计。

为什么还要说编译程序难写？希望知道的朋友们留下评论:)VLIW(超长指令字)：是⼀种显式指令级并⾏指令系统⼀条VLIW指令含有多个同样或不同的操作字段（每⼀个操作字段的功能相当于⼀般处理机中的⼀条指令）每⼀个操作字段可以分别独⽴地控制各⾃的功能部件同⼀时候执⾏⼆维程序结构指令级并⾏度⾼应⽤VLIW的有Intel和HP合制的安腾（Intanium）处理机。

riscv相关政策RISC-V (Reduced Instruction Set Computer - V) 是一种开源指令集架构（ISA），它具有良好的灵活性、可扩展性和可定制性，逐渐成为全球范围内的热门技术。

众多国家和地区已经制定出了一系列与 RISC-V 相关的政策，以促进其发展和应用。

以下是相关的参考内容，介绍了几个主要国家和地区的 RISC-V 政策和措施。

1. 中国中国政府高度重视 RISC-V 技术的发展，并积极推动其在内地的推广和应用。

2019年，中国软件行业协会发布了《关于推动RISC-V市场应用的建议》的指导意见，提出了培育和扶持核心技术、研发和生态环境、推动关键应用和示范项目等多项具体措施。

同时，中国还设立了专门的研究机构和实验室，加强与 RISC-V 相关的研发和创新，同时鼓励各级政府和企事业单位采用 RISC-V 技术。

2. 美国美国政府也在积极推动 RISC-V 的发展并制定一系列政策支持措施。

例如，美国国防部于2019年宣布成立了联合协议，旨在推动 RISC-V 的发展和部署，以提高国防领域的信息安全和计算能力。

另外，美国国家科学基金会（NSF）还资助了许多与 RISC-V 相关的研究项目，并提供经费支持和技术资源。

3. 欧盟欧盟也在积极关注 RISC-V 技术的发展，并通过政策和计划来支持其推广和应用。

例如，欧洲计算机和系统工程协会（EUROPEAN DIGITAL SME ALLIANCE）发起了名为“RISC-V Euro”的倡议，旨在促进 RISC-V 在欧洲的发展，并加强欧洲与其他地区的合作。

此外，欧盟还通过不同的项目和计划提供资金支持，以发展和推广 RISC-V 相关的研究、开发和示范项目。

4. 日本日本政府也非常关注 RISC-V 的发展，并采取了一系列政策来推动其应用。

例如，经济产业省于2019年发布了《关于RISC-V等通用处理器的应用拓展的调查研究报告》，提出了鼓励采用 RISC-V 技术的相关政策建议。

RISC技术相信大家在日常电脑使用或CPU的广告介绍中时常听到见到“RISC”这个词，什么Pentium Ⅱ/Pro采用先进RISC技术……K6采用RISC86结构，从而……总之大凡稍高档点的中央处理器都称采用RISC技术，那么RISC究竟是什么东西呢?如果你是电脑初学爱好者，并想从事电脑的开发、学习，那你应认真读一读，因为它是计算机技术中一个相当重要的环节。

首先，要了解RISC技术就该从计算机的指令谈起，我们都知道计算机的工作就是取指令、执行指令，一条指令一般给出的是操作码和地址码，这是基本的结构，然而指令又涉及以下几个问题。

首先指令字长有多少位，是定字长还是变字长；其次，操作码结构需几位，位数是定量还是浮动量；再次，地址的结构和寻址方式如何。

这种种因素使计算机指令产生了“简单指令”和“复杂指令”之分。

70年代以前的计算机均用传统的CISC指令结构，即完全采用复杂指令来支持高级语言、应用程序和操作系统。

这种PC不但成本高且效率较低，速度受限，后来人们发现机器执行的指令中8 5％左右的都是简单指令，复杂指令甚少，因此开始研制精简指令系统计算机(RISC)。

自从Intel的Pentium问世以来(92年末)，RISC技术更是得到了广泛的应用，并开始渗透到小、中、大型机领域，可谓发展前景一片光明。

下面具体谈谈RISC技术。

CPU执行运算速度受三个因素的影响:(1)程序中指令数I；(2)每条指令执行所用周期数CPI；(3)周期时间T。

这三者又有：程序执行时间=I＊CPI＊T，因此，从这个等式可看出减小其中任一个都可提高CPU的速度，因此RISC技术就从这三方面下手，对I、CPI、T进行优化改良，其措施如下：1、采用多级指令流水线结构采用流水线技术可使每一时刻都有多条指令重叠执行，以减小CPI的值，使CP U不浪费空周期。

实例：Pentium Ⅱ/Pro/Celeron可同时发出执行五条指令，AMD －K6/K6－2可同时发出六条指令。

一、填空、选择或判断1.多核处理机是空间并行计算机，它有___多__个CPU。

2.计算机的发展大致经历了五代变化，其中第四代是1972-1990 年的_大规模和超大规模集成电路______计算机为代表。

3.计算机从第三代起，与IC电路集成度技术的发展密切相关。

描述这种关系的是_摩尔__定律。

4.1971年，英特尔公司开发出世界上第一片4位微处理器__Intel 4004_____。

首次将CPU的所有元件都放入同一块芯片之内。

5.1978年，英特尔公司开发的___Intel 8086_______是世界上第1片通用16位微处理器，可寻址存储器是_1MB______。

6.至今为止，计算机中的所有信息仍以二进制方式表示的理由是__物理器件性能所致___。

7.冯。

诺依曼计算机工作方式的基本特点是__按地址访问并顺序执行指令_____。

8.20世纪50年代，为了发挥__硬件设备_____的效率，提出了_多道程序___技术，从而发展了操作系统，通过它对__硬软资源______进行管理和调度。

9.计算机硬件能直接执行的只有__机器语言_________ 。

10.完整的计算机系统应包括__配套的硬件设备和软件系统______。

11.计算机的硬件是有形的电子器件构成，它包括_运算器__、_控制器_、_存储器__、_适配器_、_系统总线__、__外部设备__。

12.当前的中央处理机包括__运算器_____、_控制器_____、__存储器_____。

13.计算机的软件通常分为__系统软件_______和___应用软件_____两大类。

14.用来管理计算机系统的资源并调度用户的作业程序的软件称为__操作系统_____，负责将_高级____-语言的源程序翻译成目标程序的软件称为___编译系统____。

15.计算机系统中的存储器分为__内存____和__外存______。

在CPU执行程序时，必须将指令存放在__内存______中。

大学计算机基础缩写词1.ALU：Arithmetic Logic Unit算术逻辑单元2.CPU：Central Processing Unit中央处理单元3.CISC技术：ComplexInstructionSetComputer复杂指令系统计算机4.RISC技术：ReducedInstructionSetComputer精减指令系统计算机5.RAM：Random Access Memory6.BIOS：Basic Input/output system7.CMOS：complementary metal-oxide semiconductor互补金属氧化物半导体8.SDRAM：Synchronous DRAM同步动态随机存储器9.DDR：Dual Date Rate10.SDRAM：双倍速率11.掩膜ROM：Masked ROM12.PROM：Programmable ROM可编程PROM13.EPROM：Erasable PROM可擦除PROM14.ROM：Read Only Memory15.VLSI：Very Large Scale Integration，超大规模集成电路16.EISA：Extended Industry Standard Architecture17.ISA：Industrial Standard Architecture总线18.VESA：Video Electronics Standards Association即视频电子标准协会总线19.PCI：peripheral component interconnect总线20.AGP ：Accelerated Graphics Port总线B：Universal Serial Bus总线22.DBMS：Database Management System数据库管理系统23.IDE：Integrated Drive Electronics电子集成驱动器24.SCSI硬盘：Small Computer System Interface小型计算机系统接口25.RAID：Redundant Array of Independent Disks独立磁盘冗余阵列26.SSD：Solid States Disk固态存储器27.BCD码：Binary Coded Decimal，用二进制代码表示的十进制数28.PCB：Process Control Block进程控制块29.DMA：Direct Memory Access直接存取方式30.FAT：File Allocation Table文件分配表31.DBP：Dos Boot Record操作系统引导记录区32.BPB：BIOS Parameter Block，BIOS参数块33.NTFS：New Technology File System34.MBR：Master Boot Record主引导记录35.DPT：Disk Partition Table硬盘分区表36.GUI：Graphics User Interface图形用户界面37.Windows NT：NT，New Technology38.PCM：Pulse Coded Modulation脉冲编码调制39.DRM：Digital Rights Management数字版权管理40.MIDI：Musical Instrument Digital Interface41.RGB：Red、Green、Blue42.CMYK：Cyan、Magenta、Yellow、blacK43.HSB：Hue、Saturation、Brightness色相、饱和度、明度44.GIF：Graphics Interchange Format45.JPEG：Joint Photographic Experts Group46.MPEG：Moving picture experts group47.TIFF：Tagged Image File Format48.PNG：Portable Network Graphic可移植的网络图像49.AVI：Audio Video Interleaved，音频视频交叉存取格式50.ADSL：Asymmetrical Digital Subscriber Line非对称数字用户环路51.ARP ：Address Resolution Protocol 地址解析协议52.ATM ：Asynchronous Time division multiplexing异步传输模式53.BBS：Bulletin Board System电子公告栏54.CDMA：Code Division Multiple Access码分多址接入技术55.CERNET：China Education and Research Network中国教育和科研网56.CGWNET：China Great Wall Network中国长城网57.ChinaGBN：China Gold Bridge Network中国金桥信息网58.CIETNET：China International Economy Trade Network中国国际经济贸易互联网59.CMNET：China Mobile Network中国移动互联网CNET：China NetCom Network中国网通公用互联网61.CSTNET ：China Science and Technique NetWork中国科技网62.CSS ：Cascading Style Sheets层叠样式表63.DDN：Digital Data Network数字数据网64.DHCP：Dynamic Host Configuration Protocol动态主机配置协议65.DNS：Domain Name System域名解析系统66.DWDM：Dense Wavelength Division Multiplexing密集波分复用67.FDDI：Fiber Distributed Data Interface光纤分布式数据接口68.FTP ：File Transfer Protocol文件传输协议69.GPRS：General Packer Radio Service通用无线分组业务70.GPS：Global Position System全球定位系统71.HTML：Hypertext Markup Language超文本标记语言72.HTTP：Hypertext Transfer Protocol超文本传输协议73.ICMP：Internet Control Message Protocol因特网控制报文协议74.IGMP：Internet Group Management Protocol因特网组管理协议75.IMAP：Internet Mail Access Protocol Internet邮件访问协议76.IP：Internet Protocol 网际协议77.IPX/SPX：Internetwork Packet eXchange/Sequences Packet NETW ARE eXchange客户端/服务器的协议群78.ISDN：Integrated Services Digital Network综合业务数字网N：Local Area Network局域网80.MAC：Medium Access Control媒体接入控制81.MAN ：Metropolitan Area Network城域网82.MIME：Multipurpose Internet Mail Extensions多用途Internet函件扩展标准BEUI：NetBIOS Extended User Interface NetBios增强用户接口84.OSI/RM：Open Systems Interconnection Reference Model开放系统互联基本参考模型85.POP ：Post Office Protocol邮局协议86.PPP：Point to Point Protocol点对点协议87.RARP：Reverse Address Resolution Protocol逆地址解析协议88.RSS：Really Simple Syndication描述和同步网站内容的格式89.SMTP ：Simple Mail Transfer Protocol简单邮件传送协议90.SNMP：Simple Network ManagementProtocol简单网络管理协议91.TCP：Transmission Control Protocol传输控制协议92.UDP：User Datagram Protocol用户数据报协议93.UNINET：China Unicom Network中国联通互联网94.URL：Uniform Resource Locator统一资源定位器95.WAN：Wide Area Network广域网96.WWW： World Wide Web万维网。

计算机系统结构自考题模拟9(总分100, 做题时间90分钟)第Ⅰ部分选择题一、单项选择题(在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的)1.下列选项中不属于计算机系统的设计方法的是______SSS_SINGLE_SELA 由上往下B 从左向右C 由下往上D 从中间开始分值: 1答案:B[考点] 计算机系统的设计方法[解析] 计算机系统的设计方法有由上往下、由下往上和从中间开始。

2.在早期冯·诺依曼计算机特征中，机器以哪项为中心______SSS_SINGLE_SELA 存储器B 输入输出设备C 运算器D 控制器分值: 1答案:C[考点] 冯·诺依曼计算机的概念[解析] 在早期冯·诺依曼计算机特征中，机器以运算器为中心。

3.下面哪个页面替换算法实际上是不能够实现的______SSS_SINGLE_SELA 随机页面替换算法B 先进先出替换算法C 最久没有使用算法D 最优替换算法分值: 1答案:D[考点] 页面替换算法[解析] 最优替换算法是理想上的算法，实际上是不可能实现的。

但其可以作为一个考量标准，来评价其他算法的好坏。

4.为了提高流水线的最大吞吐率，首先要找出______SSS_SINGLE_SELA 瓶颈B 任务数C 结果数D 以上三个都不是分值: 1答案:A[考点] 标量流水线的主要性能[解析] 为了提高流水线的最大吞吐率，首先要找出瓶颈，然后没法消除此瓶颈。

5.下列选项不属于开发并行的途径的是______SSS_SINGLE_SELA 资源重复B 资源共享C 分布式处理系统D 时间重叠分值: 1答案:C[考点] 并行性开发环境[解析] 开发并行性的途径有时间重叠、资源重复和资源共享等。

6.在对Cache写操作时，以下关于写回法描述不正确的是______SSS_SINGLE_SELA 需要设置修改位B 需要少量缓冲器C 不需要缓冲器D 没有直达法可靠分值: 1答案:C[考点] Cache存储器的性能[解析] 写回法需要少量缓冲器，用于暂存将要写回的块，使之不必等待替换块写回主存后才开始进行Cache存取。

微机原理与接口技术+第四版+钱晓捷主编+课后习题答案“微机原理与接口技术”习题解答第1章微型计算机系统〔习题1.1〕简答题（1）计算机字长（word）指的是什么？（2）总线信号分成哪三组信号？（3）pc机主存有使用dram共同组成还是sram共同组成？（4）cache就是什么意思？（5）rom-bios就是什么？（6）中断就是什么？（7）32位pc机主板的芯片组是什么？（8）教材中masm是指什么？（9）处理器的“取指－译码－继续执行周期”就是指什么？（10）本课程的主要内容属于计算机系统层次结构中哪个层次？〔答疑〕①处理器每个单位时间可以处理的二进制数据位数称计算机字长。

②总线信号分成三组，分别是数据总线、地址总线和控制总线。

③pc机主存采用dram组成。

④高速缓冲存储器cache就是处理器与主存之间速度很快但容量较小的存储器。

⑤rom-bios是“基本输入输出系统”，操作系统通过对bios的调用驱动各硬件设备，用户也可以在应用程序中调用bios中的许多功能。

⑥中断就是cpu正常执行程序的流程被其他原因吓到、并暂时暂停，转为继续执行事先精心安排不好的一段处理程序，等待该处理程序完结后仍回到被中断的指令继续执行的过程。

⑦主板芯片组是主板的核心部件，它提供主板上的关键逻辑电路。

⑧masm是微软开发的宏汇编程序。

⑨指令的处理过程。

处理器的“取指―译码―继续执行周期”就是指处理器从主存储器加载指令（缩写取指），译者指令代码的功能（缩写译码），然后继续执行指令所规定的操作方式（缩写继续执行）的过程。

⑩机器语言层，即指令集结构。

（学生很多认为是：汇编语言层。

前4章主要涉及汇编语言，但本书还有很多处理器原理等内容）〔习题1.2〕判断题（1）软件与硬件的等价性原理表明软硬件在功能、性能和成本等方面就是等价的。

（2）ia-64结构就是ia-32结构的64十一位拓展，也就是intel64结构。

（3）8086的数据总线为16位，也就是说8086的数据总线的个数、或说条数、位数是16。

一、RISCRISC（reduced instruction set computer，精简指令集计算机）是一种执行较少类型计算机指令的微处理器，起源于80 年代的MIPS主机（即RISC 机），RISC机中采用的微处理器统称RISC处理器。

这样一来，它能够以更快的速度执行操作（每秒执行更多百万条指令，即MIPS）。

因为计算机执行每个指令类型都需要额外的晶体管和电路元件，计算机指令集越大就会使微处理器更复杂，执行操作也会更慢。

1． RISC体系的指令特征精简指令集：包含了简单、基本的指令，透过这些简单、基本的指令，就可以组合成复杂指令。

同样长度的指令：每条指令的长度都是相同的，可以在一个单独操作里完成。

单机器周期指令：大多数的指令都可以在一个机器周期里完成，并且允许处理器在同一时间内执行一系列的指令。

2． RISC体系的优缺点优点：在使用相同的晶片技术和相同运行时钟下，RISC系统的运行速度将是CISC的2～4倍。

由于RISC处理器的指令集是精简的，它的记忆体管理单元、浮点单元等都能设计在同一块晶片上。

RISC处理器比相对应的CISC处理器设计更简单，所需要的时间将变得更短，并可以比CISC处理器应用更多先进的技术，开发更快的下一代处理器。

缺点：多指令的操作使得程式开发者必须小心地选用合适的编译器，而且编写的代码量会变得非常大。

另外就是RISC体系的处理器需要更快记忆体，这通常都集成于处理器内部，就是L1 Cache（一级缓存）。

二、CISCCISC是复杂指令系统计算机（Complex Instruction Set Computer）的简称，微处理器是台式计算机系统的基本处理部件，每个微处理器的核心是运行指令的电路。

指令由完成任务的多个步骤所组成，把数值传送进寄存器或进行相加运算。

1．CISC体系的指令特征使用微代码。

指令集可以直接在微代码记忆体（比主记忆体的速度快很多）里执行，新设计的处理器，只需增加较少的电晶体就可以执行同样的指令集，也可以很快地编写新的指令集程式。

微机原理一、名词解释FLOPS：每秒所执行的浮点运算次数。

MIPS：每秒百万条指令。

RISC技术：精简指令集计算机。

计算机组成：是指如何实现计算机体系结构所体现的属性，它包含了许多对程序员来说是透明的硬件细节。

计算机体系结构：是指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性，即概念性的结构与功能特性。

存储容量：是指存储器可以存放的二进制代码的总位数。

总线：连接多个部件的信息传输线，是各部件共享的传输介质。

总线复用：一条信号线上分时传送两种信号。

总线宽度：数据总线的根数。

存取时间：启动一次存储器操作到完成该操作所需全部时间。

空间局部性：一旦一个存储单元被访问，那么它临近单元也将很快被访问。

存取周期：存储器进行连续两次独立的存储操作，所需的最小间隔时间。

时间局部性：一旦一个指令被执行了，在不久的将来它可能再被执行。

中断：计算机在执行程序的过程中，当出现异常情况或特殊请求时，计算机停止现行的程序的运行，转向对这些异常情况或特殊请求的处理，处理结束后再返回到现行程序的间断处，继续执行原程序。

寻址方式：确定本条指令的数据地址以及下一条将要执行的指令地址的方法。

取指周期：取指阶段完成取指令和分析指令操作。

指令周期：CPU每取出并执行一条指令所需的全部时间。

二、简答题1.冯诺依曼计算机的特点(1)计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部件组成。

(2)指令和数据以同等地位存放于存储器内，并可按地址寻访。

(3)指令和数据均用二进制数表示。

(4)指令由操作码和地址码组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置。

(5)指令在存储器内按顺序存放。

(6)机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器之间的数据传送通过运算器完成。

2.简述系统总线的概念，按系统总线传输信息不同分为哪三类并说明各自用途。

系统总线是指CPU、主存、I/O设备，各大部件之间的信息传输线。

1）数据总线：用来传输各功能部件之间的数据信息，它是双向传输总线，其位数与机器字长、存储字长有关。