計算機體系結構中的RISC流水線是什麼？

RISC代表精簡指令集計算機。它被引入是為了以每個時鐘週期一個指令的速度執行。這種RISC流水線有助於簡化計算機體系結構的設計。

它與所謂的語義鴻溝有關，即高階語言（HLL）中提供的操作與計算機體系結構中提供的操作之間的差異。

為了避免這些後果，計算機架構師的傳統應對措施是在更新的架構中新增複雜性層。這也增加了指令的數量和複雜性，以及定址模式的數量。採用這種“增加更多複雜性”而產生的架構被稱為複雜指令集計算機（CISC）。

RISC以每個時鐘週期一個指令的成本實現指令的主要優勢並非始終適用，因為並非在所有情況下每個指令都能從記憶體中提取並在一個時鐘週期內正確執行。

獲得每個時鐘週期一個指令執行的方法是，每個時鐘週期啟動一個指令，並對處理器進行流水線處理以管理單週期指令執行的目標。

RISC編譯器提供支援，將高階語言程式轉換為機器語言程式。在管理資料衝突和分支懲罰的複雜性方面存在各種問題，這些問題由RISC處理器處理，這取決於編譯器適應識別和減少遇到這些問題時出現的延遲的能力。

RISC流水線的原則

RISC流水線有以下幾個原則：

  • 將最常訪問的運算元儲存在CPU暫存器中。
  • 它可以最大限度地減少暫存器到記憶體的操作。
  • 它可以使用大量暫存器來增強運算元引用並減少處理器記憶體流量。
  • 它可以最佳化指令流水線的設計，以便可以實現最少的編譯器程式碼生成。
  • 它可以使用簡化的指令集，並省略那些複雜且不必要的指令。

讓我們考慮一個三段指令流水線，它展示了編譯器如何最佳化機器語言程式以補償流水線衝突。

RISC處理器常用的指令集主要有三種：

  • **資料操作指令** - 管理處理器暫存器中的資料。
  • **資料傳輸指令** - 這些是載入和儲存指令，它們使用有效地址，該地址透過新增兩個暫存器的內容或指令中提供的暫存器和位移常量來獲得。
  • **程式控制指令** - 這些指令使用暫存器值和常量來評估分支地址，該地址被傳輸到暫存器或程式計數器（PC）。

更新於：2021年7月29日

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