网盘搜索网站怎么做,中国建设银行网站股份结构变化,网站的风格指的是什么,电子科技 深圳 网站建设对于大多数同学来说#xff0c;计算机或智能手机的运行似乎就像魔法一样神奇。你可能知道它们内部都是一些复杂的电子组件#xff0c;比如CPU、内存等等#xff0c;但这些组件是如何协同工作#xff0c;让我们可以在电脑上打字#xff0c;或者在手机上看视频呢#xff1f…对于大多数同学来说计算机或智能手机的运行似乎就像魔法一样神奇。你可能知道它们内部都是一些复杂的电子组件比如CPU、内存等等但这些组件是如何协同工作让我们可以在电脑上打字或者在手机上看视频呢实际上这一切都归功于一种名为“指令集”的神秘语言。今天我们就一起揭开这种神秘语言的面纱感受一下它的魅力所在。
指令集是计算机硬件和软件之间交互的桥梁它定义了计算机硬件可以执行的操作比如各种逻辑判断、数学运算。常见的指令集包括CISC、RISC、RISC-V等它们其实是计算机CPU的各种设计思路。今天我就来向大家详细解释一下这些概念。
CISC
首先我们来聊聊CISC复杂指令集计算机也就是复杂指令集计算机。如果我们把计算机比作一个工厂那么CISC就是那种拥有各种复杂机器设备的大工厂每一台设备都能完成特定的复杂工作。x86系列的处理器一般都归属到CISC的范畴。 CISC指令集的设计初衷是为了最大限度地提高硬件的性能。为了提高性能很多功能都是通过硬件电路来完成也就是通过硬件实现各类指令。
CISC指令集的特点是指令长短不一因为那时的内存很小我们需要最大限度的保存更多的指令所以指令的长度是可变的常用指令短不常用和复杂指令长一些。这就好比我们的大工厂里有各种大小不同的机器设备。
然而随着技术的发展CISC开始面临一些挑战和问题
效率问题CISC的指令集复杂有些指令可能很少被使用但是考虑到向前兼容性厂商还是需要花费资源去实现和维护这些指令这不仅浪费了宝贵的硅片空间也使得处理器的设计更加复杂降低CPU的性能和效率。这就好比我们大工厂里各种大小不同的机器设备需要各类不同的人才去维护、去协调生产计划。热量问题因为CISC的指令集复杂处理器需要更多的硬件资源去执行这些指令这会增加处理器的能耗产生大量的热量也需要更好的散热设备来保证处理器的稳定运行。编译器优化问题因为CISC的指令集复杂编译器需要花费更多的时间和资源去优化代码以提高程序的运行效率。可扩展性问题随着技术的发展新的功能需求可能需要添加新的指令但是对于已经很大的CISC指令集来说添加新的指令会更加复杂。
因此许多现代处理器开始转向RISCReduced Instruction Set Computer精简指令集计算机设计以提高效率、降低能耗并提供更好的可扩展性。
RISC
然后我们来看看RISC也就是精简指令集计算机。在20世纪70年代末RISC开始出现。
这是因为人们发现CPU大部分时间都在使用少数的简单指令。同时因为内存大了软件层面可以更复杂些硬件可以更简单些从而可以从吞吐量上提升CPU性能。
RISC的指令简单、定长通过编译器实现简单指令的组合完成复杂功能。这就像是把大工厂变成了流水线生产每个工人只做一件简单的事情但是大家协作起来整体的效率却很高。
现在移动端流行的 ARMAdvanced RISC Machines就是RISC的一种不过它也融合了部分长指令、乱序执行、多发射等技术所以它并不是单纯的RISC。就像我们的流水线上虽然大部分工人都在做简单的工作但是也有一些工人在做复杂的工作以保证整个生产线的高效运转。 目前除了ARM公司生产的芯片苹果的M1芯片、华为的麒麟芯片、小米的澎湃芯片、飞腾桌面处理器等使用的也都是ARM指令集不过对于国产芯片来说ARM最新版本V9的指令集架构授权可能是个问题。
随着时间的推移Intel和AMD两大巨头在x86中也借鉴了RISC的优化思路他们考虑到向前兼容性推出了微指令架构。这种架构下编译出的指令还是原来的指令但是在指令译码后变为了RISC风格的定长短指令。为了降低指令译码器的译码时间CPU将翻译出的微指令存放到L0缓存中。
RISC-V
最后我们来说说RISC-V。它是开源的RISC可以说是CPU界的Linux。因为它是开源的所以任何人都可以自由地使用和修改它这也让它在全球范围内得到了广泛的应用当然也可以用来解决我国芯片技术被卡脖子的问题有望在未来成为主流的处理器架构。 RISC-V的技术特点主要包括以下几点
开放和自由RISC-V是开源的任何人都可以自由地使用和修改这极大地降低了开发成本。简单和高效RISC-V采用了RISC的设计理念指令集简单、精简易于实现能有效提高处理器的性能和效率。可扩展性RISC-V具有很好的可扩展性开发者可以根据需要自由地添加自定义指令以满足特定的应用需求。
RISC-V正在全球范围内得到越来越广泛的应用。许多知名的科技公司如Google、阿里巴巴、华为、中科院计算所等都在积极推进RISC-V的发展。比如
阿里巴巴旗下的平头哥半导体已经推出了多款基于RISC-V架构的芯片包括玄铁系列处理器这些芯片在物联网、人工智能等领域有着广泛的应用。中科院计算所在2023年6月发布了第二代开源高性能RISC-V处理器“香山”性能超过ARM Cortex-A76采用中芯国际 14nm 工艺制造目标频率是 2GHzSPECCPU 分值达到 10 分 / GHz支持双通道 DDR 内存以及 PCIe、USB、HDMI 等更多功能为国内的芯片产业提供了新的选择和发展方向。
此外许多开源硬件项目如Arduino、Raspberry Pi等也在考虑采用RISC-V。
龙芯
除了以上三大指令集我们必须还得谈一下国产的龙芯目前很多信创的项目也都在使用龙芯处理器。 龙芯是我国自主研发的通用处理器的品牌最初也是由中科院计算所设计。早期的龙芯处理器使用的是MIPS指令集一种精简指令集但由于版权问题后来的龙芯处理器使用的都是自主设计的指令集称为龙芯指令集。
龙芯处理器不依赖于任何外部技术保证了其安全性和自主性。其采用自主LoongISA指令系统兼容MIPS指令通过超标量技术实现高性能可以同时执行多条指令大大提升处理器的运行速度。
2010年龙芯中科技术有限公司成立开始市场化运作旨在将龙芯处理器的研发成果产业化。就现状而言龙芯处理器已经在多个领域得到应用其出货量不断增加但生态可能是其发展的制约因素。
尽管如此龙芯处理器仍在不断优化和升级提高性能和兼容性。龙芯对常见的开发平台和语言都提供了良好的支持。具体来说龙芯支持Linux操作系统可以在该平台上进行软件开发和调试。同时龙芯还支持多种编程语言如C、C、Java、.NET、Go等这些语言都可以在龙芯平台上进行编程和开发。此外龙芯还提供了丰富的开发工具和库如GCC编译器、GDB调试器等以方便开发者进行软件开发和调试。 通过了解这些指令集的特点和历史我们可以得到一些启示这或许对我们的芯片发展有所借鉴意义。
首先是生态CISC并没有在RISC出现后消亡反而仍旧繁荣。这是因为x86架构出货很多受到各种系统和应用软件的支持也就是说生态做得好。其次是创新ARM抢占了移动端市场这是因为手机的出现带来了对原有架构的挑战和新的机会。ARM的低功耗设计很好地支持了便携设备而且它的架构和指令集授权策略得到了移动设备厂商的支持。
总的来说各种指令集都有它们各自的优点和特性它们的出现也都是为了更好地服务于人类的计算需求。了解这些指令集的原理和特性对于我们理解计算机的运行机制也特别有意义。
