鲲鹏架构入门与实战/计算机技术开发与应用丛书

初识鲲鹏1．1鲲鹏架构简介

  1．1．1指令集架构

  按照维基百科的解释，指令集架构(InstrUCtI‘011 Set Architecture，ISA)，又称指令集或指令集体系，是计算机体系结构中与程序设计有关的部分，包含基本数据类型、指令集、寄存器、寻址模式、存储体系、中断、异常处理及外部I／O。指令集架构包含一系列的opcode，即操作码(机器语言)，以及由特定处理器执行的基本命令。

  指令集架构可以看作一系列的标准，它定义了微处理器应该实现的功能，但是不规定如何具体实现。

  1．1．2指令集架构的分类

  指令集架构有多种，常见的一般有以下3种。

  1)复杂指令集运算(Complex Instruction Set ComplJting，CISC)

  复杂指令集在一个指令里可以执行若干低端操作，例如从存储器读取、存储、计算等。其特点是指令数目多而且复杂，每条指令字长不相等，执行周期也不一样，在指令集的具体实现上比较复杂。

    典型的实现复杂指令集的处理器架构有x86架构微处理器及其64位扩展x86—64架构等。

  2)精简指令集运算(Reduced InstnJCtlOn Set ComputingtRISC)

  精简指令集对处理器的处理做了流水线化的优化，对指令数目和寻址方式都做了精简，使其实现更容易，指令并行执行程度更好，编译器的效率更高。

    典型的实现精简指令集的处理器架构有ARM、MIPS、Powei ISA等。

    3)显式并发指令集运算(Explicitly Parallel Instruction COmpL『ting，EPIC)

    显式并发指令集允许处理器根据编译器的调度并行执行指令而不用增加硬件复杂性t该架构由超长指令字架构发展而来，并做了大量改进。该指令集的指令中有3位是用来指示上一条运算指令是不是与下一条指令有相关性，如果没有相关性，就可以用不同的CPU来并行处理这两条指令，从而提高了并行计算的效率。实现该指令集的处理器架构主要是Intel的IA一64架构。

  1．1．3微架构

  微架构(Microar~：hitecltI】re)包含处理器内部的构成及这些构成如何运行指令集架构的方式。也就是说，微架构通过具体的门电路、寄存器、算术逻辑单元等实现指令集，所以，不同的微架构可以运行同一个指令集，同一个指令集可以通过不同的微架构实现。在设计具体的微架构的时候，根据实际的使用环境不同，设计偏重的方向也不一样，有的偏重于执行速度，有的偏重于降低能耗，这些都会导致微架构的差异，但是它们实现的是同一个指令集。

  1．1．4 ARM架构

  。ARM是英国Acoi·n公司从1983年开始的一个项目，该公司1985年开发出A．RMl样本，1986年开始实际生产32位的ARM2。

    1990年Acorn成立ARM公司，继续负责ARM架构的开发。

    2016年日本软银(Softl)ank)q改购了ARM公司。

    ARM是Advanced RIS(：Machim!的缩写，是高级精简指令集机器，从这个命名上就可以看出来A．RM架构最鲜明的特点，它是一个精简指令集架构，采用该架构的处理器一般具有低功耗的优势。

    截止到2020年，ARM一共推出了8个版本的架构，分别是ARMvl～ARMv8