什么是计算机体系结构中的 RISC 管道？

  • Z时代
  • 2024-01-10
  • 分类：综合

RISC 代表精简指令集计算机。它被引入以每个时钟周期执行一条指令的速度。此 RISC 管道有助于简化计算机体系结构的设计。

它涉及所谓的语义鸿沟，即高级语言 (HLL) 中提供的操作与计算机体系结构中提供的操作之间的差异。

为避免这些后果，计算机架构师的常规反应是向较新的架构添加复杂性层。这也增加了指令的数量和复杂性，同时增加了寻址模式的数量。采用这种“增加更多复杂性”的架构被称为复杂指令集计算机 (CISC)。

RISC 以每个时钟周期一条指令为代价来实现指令的主要好处一直不适用，因为在所有情况下，每条指令都无法从内存中提取并在一个时钟周期内正确实现。

获取每时钟周期指令执行的方法是在每个时钟周期启动每条指令，并流水线化处理器以管理单周期指令执行的目标。

RISC 编译器支持将高级语言程序翻译成机器语言程序。在管理有关数据冲突的复杂性方面存在各种问题，RISC 处理器负责处理分支惩罚，这取决于编译器识别和减少这些问题遇到的延迟的适应性。

RISC 流水线的原理

RISC 管道有多种原则，如下所示 -

  • 将最常访问的操作数保存在 CPU 寄存器中。

  • 它可以最大限度地减少寄存器到内存的操作。

  • 它可以使用大量寄存器来增强操作数引用并减少处理器内存流量。

  • 它可以优化指令流水线的设计，从而可以实现最少的编译器代码生成。

  • 它可以使用简化的指令集，省去那些复杂和不必要的指令。

让我们考虑一个三段指令流水线，它展示了编译器如何优化机器语言程序以补偿流水线冲突。

RISC 处理器的常见指令集合有以下三种类型 -

  • 数据操作指令- 管理处理器寄存器中的数据。

  • 数据传输指令- 这些是使用有效地址的加载和存储指令，该地址是通过将两个寄存器的内容或一个寄存器的内容与指令中提供的位移常数相加而获得的。

  • 程序控制指令- 这些指令使用寄存器值和常量来评估转移到寄存器或程序计数器 (PC) 的分支地址。

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