¿Cuáles son las instrucciones del conjunto de instrucciones risc?
(1) Conjunto de instrucciones CISC
Conjunto de instrucciones CISC, también conocido como conjunto de instrucciones complejas, el nombre en inglés es CISC, (abreviatura de Computadora con conjunto de instrucciones complejas). En un microprocesador CISC, cada instrucción del programa se ejecuta en serie en orden y las operaciones de cada instrucción también se ejecutan en serie en orden. La ventaja de la ejecución secuencial es el control simple, pero la tasa de utilización de varias partes de la computadora no es alta y la velocidad de ejecución es lenta. De hecho, es la CPU de la serie x86 (es decir, arquitectura IA-32) producida por Intel y sus CPU compatibles, como AMD y VIA. Incluso el nuevo X86-64 (también llamado AMD64) pertenece a la categoría CISC.
Para saber qué es un conjunto de instrucciones debemos empezar por la CPU de arquitectura X86 actual. El conjunto de instrucciones X86 fue desarrollado especialmente por Intel para su primera CPU de 16 bits (i8086). La CPU de la primera PC del mundo: i8088 (versión simplificada de i8086) lanzada por IBM en 1981 también usaba instrucciones X86. la computadora El chip X87 se agregó para mejorar las capacidades de procesamiento de datos de punto flotante. De ahora en adelante, el conjunto de instrucciones X86 y el conjunto de instrucciones X87 se denominarán colectivamente conjunto de instrucciones X86.
Aunque con el desarrollo continuo de la tecnología de CPU, Intel ha desarrollado sucesivamente los nuevos i80386, i80486, hasta el pasado PII Xeon, PIII Xeon, Pentium 3 y, finalmente, hasta la actual serie Pentium 4, Xeon (excluyendo Xeon). Nocona), pero para garantizar que la computadora pueda continuar ejecutando varias aplicaciones desarrolladas en el pasado para proteger y heredar ricos recursos de software, todas las CPU producidas por Intel continúan usando el conjunto de instrucciones X86, por lo que su CPU todavía pertenece al X86. serie. Dado que la serie Intel X86 y sus CPU compatibles (como AMD Athlon MP) utilizan el conjunto de instrucciones X86, se ha formado la enorme línea actual de series X86 y CPU compatibles. x86CPU actualmente incluye principalmente CPU de servidor Intel y CPU de servidor AMD.
(2) Conjunto de instrucciones RISC
RISC es la abreviatura de "Computación del conjunto de instrucciones reducido" en inglés, que significa "conjunto de instrucciones reducido" en chino. Fue desarrollado sobre la base del sistema de instrucciones CISC. Alguien probó la máquina CISC y demostró que la frecuencia de uso de varias instrucciones es bastante diferente. Las instrucciones más utilizadas son algunas instrucciones relativamente simples, que solo representan el 20% del total. número total de instrucciones. Pero la frecuencia de aparición en el programa representa el 80%. Un sistema de instrucción complejo aumentará inevitablemente la complejidad del microprocesador, haciendo que el desarrollo del procesador sea largo y costoso. Y las instrucciones complejas requieren operaciones complejas, lo que inevitablemente reducirá la velocidad de la computadora. Por las razones anteriores, las CPU RISC nacieron en la década de 1980. En comparación con las CPU CISC, las CPU RISC no solo simplificaron el sistema de instrucción, sino que también adoptaron algo llamado "estructura superescalar y supercanal", que aumentó considerablemente las capacidades de procesamiento paralelo. El conjunto de instrucciones RISC es la dirección de desarrollo de las CPU de alto rendimiento. Se opone al tradicional CISC (Conjunto de instrucciones complejas). En comparación, RISC tiene un formato de instrucción unificado, menos tipos y menos métodos de direccionamiento que conjuntos de instrucciones complejos. Por supuesto, la velocidad de procesamiento ha mejorado enormemente. En la actualidad, las CPU con este sistema de instrucciones se utilizan comúnmente en servidores de gama media a alta, especialmente los servidores de gama alta utilizan CPU con el sistema de instrucciones RISC. El sistema de instrucciones RISC es más adecuado para el sistema operativo UNIX de servidores de alta gama. Ahora Linux también es un sistema operativo similar a UNIX. Las CPU de tipo RISC no son compatibles con las CPU Intel y AMD en software y hardware.
En la actualidad, las CPU que utilizan instrucciones RISC en servidores de gama media a alta incluyen principalmente las siguientes categorías: procesadores PowerPC, procesadores SPARC, procesadores PA-RISC, procesadores MIPS y procesadores Alpha.
(3) IA-64
Ha habido mucho debate sobre si EPIC (Computadoras de instrucción explícitamente paralelas) es el sucesor de los sistemas RISC y CISC en términos de sistema. se parece más al procesador Intel, un paso importante hacia el sistema RISC. En teoría, la CPU diseñada por el sistema EPIC puede manejar el software de aplicación de Windows mucho mejor que el software de aplicación basado en Unix bajo la misma configuración de host.
La CPU del servidor Intel que utiliza tecnología EPIC es Itanium (nombre en clave de desarrollo: Merced). Es un procesador de 64 bits y el primero de la serie IA-64. Microsoft también ha desarrollado un sistema operativo con el nombre en código Win64 y lo admite en software. Después de que Intel adoptó el conjunto, nació la arquitectura IA-64 que utiliza el conjunto de instrucciones EPIC. IA-64 es una gran mejora con respecto a x86 en muchos aspectos. Rompe muchas limitaciones de la arquitectura tradicional IA32 y logra mejoras revolucionarias en las capacidades de procesamiento de datos, estabilidad del sistema, seguridad, usabilidad y una racionalidad considerable.
El mayor defecto de los microprocesadores IA-64 es su falta de compatibilidad con x86. Para que los procesadores IA-64 de Intel ejecuten mejor el software de dos dinastías, es necesario el decodificador de x86 a IA-64. introducido en (Itanium, Itanium2...), para que las instrucciones x86 se puedan traducir a instrucciones IA-64. Este decodificador no es el más eficiente, ni es la mejor manera de ejecutar código x86 (la mejor manera es ejecutar código x86 directamente en el procesador x86), por lo que el rendimiento de Itanium e Itanium2 al ejecutar aplicaciones x86 es muy malo. Esta también se ha convertido en la razón fundamental del surgimiento de X86-64.
(4) X86-64 (AMD64/EM64T)
Diseñado por AMD, puede procesar operaciones enteras de 64 bits al mismo tiempo y es compatible con la arquitectura X86-32. . Admite direccionamiento lógico de 64 bits y ofrece la opción de convertir a direccionamiento de 32 bits; sin embargo, las instrucciones de operación de datos son de forma predeterminada de 32 bits y 8 bits, y ofrece la opción de convertir a 64 bits y 16 bits; admite registros de propósito general, si es una operación de 32 bits, es necesario expandir el resultado a 64 bits completos. De esta manera, existe una diferencia entre "ejecución directa" y "ejecución de conversión" en la instrucción. El campo de instrucción es de 8 bits o 32 bits, lo que puede evitar que el campo sea demasiado largo.
La creación de x86-64 (también llamado AMD64) no es infundada. El espacio de direccionamiento de 32 bits de los procesadores x86 está limitado a 4 GB de memoria y los procesadores IA-64 no son compatibles con x86. AMD considera plenamente las necesidades de los clientes y mejora las funciones del conjunto de instrucciones x86 para que este conjunto de instrucciones pueda admitir modos informáticos de 64 bits al mismo tiempo. Por lo tanto, AMD llama a su estructura x86-64. Técnicamente, para realizar operaciones de 64 bits en la arquitectura x86-64, AMD ha introducido un nuevo registro de uso general R8-R15 como una expansión del uso original de estos registros. Los registros originales como EAX y EBX también se han ampliado de 32 bits a 64 bits. Se han agregado ocho nuevos registros a la unidad SSE para brindar soporte a SSE2. El aumento en el número de registros conducirá a mejoras en el rendimiento.
Al mismo tiempo, para admitir códigos y registros de 32 y 64 bits, la arquitectura x86-64 permite que el procesador funcione en los dos modos siguientes: modo largo (modo largo) y modo heredado (modo genético). El modo largo se divide en dos submodos: Modo (modo de 64 bits y modo de compatibilidad). El estándar se ha introducido en los procesadores de servidor Opteron de AMD.
Este año también se lanzó la tecnología EM64T que admite 64 bits. Antes de llamarse oficialmente EM64T, era IA32E. Este es el nombre de la tecnología de extensión de 64 bits de Intel para distinguir el conjunto de instrucciones X86. El EM64T de Intel admite el submodo de 64 bits, que es similar a la tecnología X86-64 de AMD. Utiliza direccionamiento de plano lineal de 64 bits, agrega 8 nuevos registros de propósito general (GPR) y agrega 8 registros para admitir instrucciones SSE. Al igual que AMD, la tecnología de 64 bits de Intel será compatible con IA32 y IA32E sólo se utilizará cuando se ejecute un sistema operativo de 64 bits. IA32E estará compuesto por 2 submodos: submodo de 64 bits y submodo de 32 bits, que son compatibles con versiones anteriores de AMD64. El EM64T de Intel será totalmente compatible con la tecnología X86-64 de AMD. Ahora el procesador Nocona ha agregado algo de tecnología de 64 bits y el procesador Intel Pentium 4E también admite tecnología de 64 bits.
Cabe decir que ambas son arquitecturas de microprocesador de 64 bits compatibles con el conjunto de instrucciones x86, pero aún existen algunas diferencias entre EM64T y AMD64. El bit NX en el procesador AMD64 no es procesado por. Intel no se proporcionará en el servidor.