x86指令集疑問

cjaizss

信息冗余不可避免，但統(tǒng)一的處理對(duì)于RISC來說才是最重要的

fineamy

:wink:
赫赫，x86采用變長編碼也是必然，再到CISC也是必然。
單從解碼效率上說，絕對(duì)是定長優(yōu)于變長。
復(fù)雜性上，RISC易于CISC.
RISC，定長優(yōu)點(diǎn)是很明顯的。但是為什么PC的CPU為啥舍易求難呢？
其實(shí)仔細(xì)想想，不過是他們當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)考慮不周而已 ，或者說是受當(dāng)時(shí)技術(shù)條件限制而發(fā)展成現(xiàn)在這個(gè)局面。
我想是這樣的：
1.早期考慮到當(dāng)時(shí)memory等成本問題，指令碼當(dāng)然越短越好，但畢竟還是定長為好(其指令碼并不是1位，2位，...這樣的)，所以還是定下了8位，料想0x00~0xFF的空間應(yīng)該夠日后擴(kuò)展。不料摩爾定律的發(fā)展大大超出他們的想象。
2.memory的發(fā)展從8位，16位，32位，64位memory出現(xiàn)，不得不再此基礎(chǔ)上另作擴(kuò)展。
3.后來多媒體技術(shù)的發(fā)展，對(duì)cpu的浮點(diǎn)，多媒體處理能力的要求隨之而來，再次不得不另作擴(kuò)展。
4.Intel的x86架構(gòu)用戶群已經(jīng)成型，其指令擴(kuò)展必須考慮軟件兼容性。想當(dāng)年如ibm的powerpc勢(shì)與x86爭鋒，powerpc比之x86何其強(qiáng)大，但是用戶不買賬。
5.作為PC機(jī)用cpu，也是其特定場(chǎng)合限制。
這么擴(kuò)展來擴(kuò)展去，定長也變成變長了，RISC也CISC了。
所以說X86發(fā)展至今，
其采用CISC，變長編碼策略也是不得已而為之，全是幾十年一路走來，歷經(jīng)市場(chǎng)考驗(yàn)的見證。這一路走來，還真不容易��！
說來說去，還是市場(chǎng)決定。

再來看看RISC，變長編碼指令。兩者都是設(shè)計(jì)使然，但是與cisc來比，其不易擴(kuò)展。對(duì)比x86，個(gè)人反覺的其不適合個(gè)人PC用CPU(想到龍芯)。
原因很簡單，RISC,變長編碼這些技術(shù)盡管能夠保證孤立的CPU設(shè)計(jì)能夠達(dá)到很高的性能，但是從長遠(yuǎn)看，不太能經(jīng)受住時(shí)間的歷練。
聯(lián)系x86的發(fā)展歷程，就可想而知.未來的memory，圖像，視頻等等發(fā)展一切都是未料，必然有兼容性要求。到頭來還是要發(fā)展到x86這個(gè)格局。

不過不必為它擔(dān)心，RISC,變長編碼這樣的CPU已經(jīng)找到了他們更好的發(fā)展路徑，看看現(xiàn)下的嵌入式CPU，甚至高檔的server如sun的sparc都是RISC，定長編碼的CPU。
這些CPU是這樣補(bǔ)其不足的，既然我指令擴(kuò)展不易，那么我發(fā)展CPU系列。于是他們將CPU按指令集分為大類。如專用于定點(diǎn)的，專用于浮點(diǎn)的，專用于圖像處理的等等。這個(gè)剛好與x86相反，x86的發(fā)展思路確是，我不管你什么定點(diǎn)，浮點(diǎn)，多媒體指令，我都在我的一個(gè)系列里實(shí)現(xiàn)。

其實(shí)，cisc/risc/變長/定長這些技術(shù)都是伴隨兼容機(jī)/系列機(jī)的發(fā)展而生，兼容機(jī)/系列機(jī)的介紹體系結(jié)構(gòu)的書上大概都會(huì)說到。

另外事實(shí)上真正的變長編碼我理解是這樣的，指令碼應(yīng)該是1位，2位，3位這樣的，所以說x86采用字節(jié)基數(shù)的變長，還不算真正變長編碼指令。僅僅是一種偽變長而已。不過估計(jì)也沒那家去真的實(shí)現(xiàn)一個(gè)這樣的變長碼指令集。
至于CISC，RISC的區(qū)別恐怕更多的是指一種發(fā)展格局，類似于兼容機(jī)/系列機(jī)的區(qū)別。其它還真看不出這兩者有什么本質(zhì)不同

[ 本帖最后由 fineamy 于 2008-12-15 18:55 編輯 ]

fineamy

定長還是變長,從設(shè)計(jì)理念上來說,與CISC還是RISC確實(shí)無關(guān),但CISC的設(shè)計(jì)方式很容易把指令設(shè)計(jì)成變長的.而RISC一般是定長的,我好象沒看過變長的(指令模式切換例外),RISC自然有存在的意義,那么多的機(jī)器上跑著RISC呢,呵呵

從x86 CPU發(fā)展來看，其它場(chǎng)合不知道，單就PC CPU 來說，RISC最終必然發(fā)展到CISC,定長必然發(fā)展到變長。
CISC必然變長，RISC必然定長。
這個(gè)結(jié)論單就孤立的CPU設(shè)計(jì)來講絕不成立，單是發(fā)展角度來看絕對(duì)是這樣，至少在個(gè)人PC領(lǐng)域即是如此。

這個(gè)格局的形成也是個(gè)人用戶與PC發(fā)展相互妥協(xié)的結(jié)果。
用戶追逐高性能，勢(shì)必像RISC發(fā)展，PC要迎合用戶需求，必然又向CISC發(fā)展。
不然當(dāng)年P(guān)owerPC早打敗x86了

cjaizss

原帖由 fineamy 于 2008-12-15 19:25 發(fā)表


從x86 CPU發(fā)展來看，其它場(chǎng)合不知道，單就PC CPU 來說，RISC最終必然發(fā)展到CISC,定長必然發(fā)展到變長。
CISC必然變長，RISC必然定長。
這個(gè)結(jié)論單就孤立的CPU設(shè)計(jì)來講絕不成立，單是發(fā)展角度來看絕對(duì)是這樣 ...

"RISC最終必然發(fā)展到CISC"
這句話好象有點(diǎn)問題.RISC是后來出現(xiàn)的概念,最開始的時(shí)候應(yīng)該都是CISC.還是設(shè)計(jì)理念的問題吧.
CISC有CISC存在的意義,RISC也有RISC的意義。
RISC和CISC之不同，從表面上來看是指令集的支持，而從深處來看是處理器的結(jié)構(gòu)。(雖然相同的指令級(jí)可以用完全不同的架構(gòu)，但依然可以大致的這么去看)
而現(xiàn)代的處理器設(shè)計(jì)，越來越意識(shí)到兩者皆有可取之處，于是就會(huì)在設(shè)計(jì)的時(shí)候考慮到另一方的優(yōu)點(diǎn)。

prolj

大量的x86的軟件會(huì)讓intel爽很久，而且目前來看還會(huì)爽下去，ARM的性能上去的話倒是有可能成為新一代霸主。
POWER的指令早就不精簡了，x86早就是RISC核了，只要能抓住老鼠，啥貓都行。

cjaizss

原帖由 prolj 于 2008-12-16 18:14 發(fā)表
大量的x86的軟件會(huì)讓intel爽很久，而且目前來看還會(huì)爽下去，ARM的性能上去的話倒是有可能成為新一代霸主。
POWER的指令早就不精簡了，x86早就是RISC核了，只要能抓住老鼠，啥貓都行。

這倒也是，不過它的RISC依賴于微指令方式的CPU架構(gòu)

prolj

x86的微碼雖然有一些靈活性，但是出廠的時(shí)候也不能改了，以前聽說微碼在ROM里面（不知道現(xiàn)在如何），如果是可擦除重寫的ROM的話就可以修改了。
x86的RISC依賴于微指令方式的CPU架構(gòu)，你的意思是x86的Arch核心是微碼吧？不知道x86核的RISC是啥指令，也不知道微碼啥樣子，我猜x86的RISC核就是執(zhí)行微碼的。此外，微碼結(jié)構(gòu)還帶來一些別的現(xiàn)象。
x86的不定長指令必然導(dǎo)致了取指和譯碼單元的復(fù)雜，還有一個(gè)負(fù)責(zé)發(fā)現(xiàn)和發(fā)射數(shù)據(jù)無關(guān)微操作大多翻譯叫做退役單元的東西，這都是復(fù)雜電路啊，和其他部件的配合也是提高性能的重要瓶頸，而且x86的亂序什么的都是作用在微碼上面，同時(shí)發(fā)射也是送幾個(gè)微操作到執(zhí)行單元。不了解x86的RISC啥樣子，好象是CPU不能有效的自動(dòng)亂序load－store和store－store操作，所以在這方面x86還是需要指令排序的。

cjaizss

原帖由 prolj 于 2008-12-16 18:57 發(fā)表
x86的微碼雖然有一些靈活性，但是出廠的時(shí)候也不能改了，以前聽說微碼在ROM里面（不知道現(xiàn)在如何），如果是可擦除重寫的ROM的話就可以修改了。
x86的RISC依賴于微指令方式的CPU架構(gòu)，你的意思是x86的Arch核心是 ...

微指令屬于商業(yè)秘密，除非內(nèi)部，否則沒有辦法搞到具體某一款處理器的微指令設(shè)計(jì)的。
微碼在ROM里，但一般不可能是可擦除重寫的ROM，其實(shí)ROM不過是一個(gè)訪問相同地址永遠(yuǎn)都可以得到相同值的數(shù)字電路而已。滿足這個(gè)性質(zhì)的，都叫ROM。這里的ROM結(jié)構(gòu)就是一個(gè)定死的組合電路。
我覺得第一個(gè)提出微指令的家伙真的好牛，想到了處理器中的處理器的這個(gè)思想，想到了把軟件也應(yīng)用于這里，太強(qiáng)了。

prolj

哦，絳紫啊。原來存放微碼的ROM可以認(rèn)為是一個(gè)“冗余”一點(diǎn)的電路。好像是因?yàn)镽OM的速度比較快，結(jié)構(gòu)比較簡單。
第一個(gè)微指令的CPU是PDP？還是AVX？第一個(gè)提出來微碼的思維開闊，不過不知道是誰。

cjaizss

原帖由 prolj 于 2008-12-16 21:41 發(fā)表
哦，絳紫啊。原來存放微碼的ROM可以認(rèn)為是一個(gè)“冗余”一點(diǎn)的電路。好像是因?yàn)镽OM的速度比較快，結(jié)構(gòu)比較簡單。
第一個(gè)微指令的CPU是PDP？還是AVX？第一個(gè)提出來微碼的思維開闊，不過不知道是誰。

第一個(gè)微指令的CPU是什么我不知道。但微指令的結(jié)構(gòu)的確給了CPU一個(gè)靈活的設(shè)計(jì)思路。
微指令的編碼方式一般有三種：不譯（1代表做，0代表不做，一個(gè)非常明顯的狀態(tài)機(jī)結(jié)構(gòu)，微碼信息冗余小），最小冗余(按指令信息熵編碼，可能導(dǎo)致有個(gè)很大的解碼)，字段直接編碼（很像cpu指令集了，這個(gè)比較常用）
我們可以去學(xué)習(xí)CPU的設(shè)計(jì)思路，最主要的目的并不是為了設(shè)計(jì)CPU，而是借鑒它的思想來弄我們自己的設(shè)計(jì)。
數(shù)字設(shè)計(jì)里能夠想到的點(diǎn)子CPU基本都用過，呵呵。