微处理器的构架发展可以分成:CISC,RISC和VLIW等
复杂指令集计算机(Complex Instruction Set Computer,CISC)
早期的计算机部件比较昂贵,主频低,运算速度慢。为了提高运算速度,人们不得不将越来越多的复杂指令加入到指令系统中,以提高计算机的处理效率,这就逐步形成复杂指令集计算机体系。为了在有限的指令长度内实现更多的指令,人们又设计了操作码扩展。然后,为了达到操作码扩展的先决条件——减少地址码,设计师又发现了各种寻址方式,如基址寻址、相对寻址等,以最大限度地压缩地址长度,为操作码留出空间。Intel公司的X86系列CPU是典型的CISC体系的结构,从最初的8086到后来的Pentium系列,每出一代新的CPU,都会有自己新的指令,而为了兼容以前的CPU平台上的软件,旧的CPU的指令集又必须保留,这就使指令的解码系统越来越复杂。CISC可以有效地减少编译代码中指令的数目,使取指操作所需要的内存访问数量达到最小化。此外CISC可以简化编译器结构,它在处理器指令集中包含了类似于程序设计语言结构的复杂指令,这些复杂指令减少了程序设计语言和机器语言之间的语义差别,而且简化了编译器的结构。
RISC(reduced instruction set computer,精简指令集计算机)是一种执行较少类型计算机指令的微处理器,起源于80年代的MIPS主机(即RISC机),RISC机中采用的微处理器统称RISC处理器。这样一来,它能够以更快的速度执行操作(每秒执行更多百万条指令,即MIPS)。因为计算机执行每个指令类型都需要额外的晶体管和电路元件,计算机指令集越大就会使微处理器更复杂,执行操作也会更慢。
RISC概念已经引领了微处理器设计的一个更深层次的思索。设计中必须考虑到:指令应该如何较好的映射到微处理器的时钟速度上(理想情况下,一条指令应在一个时钟周期内执行完);体系结构需要多“简单”;以及在不诉诸于软件的帮助下,微芯片本身能做多少工作等等。
VLIW:(Very Long Instruction Word,超长指令字)一种非常长的指令组合,它把许多条指令连在一起,增加了运算的速度。
VLIW的基本思路是:处理器在一个长指令字中赋予编译程序控制所有功能单元的能力,使得编译程序能够精确地调度在何处执行每个操作、每个寄存器存储器读和每个转移操作。实际上,编译程序创立每个程序的执行记录,计算机则反演该记录。在早期的VLIW计算机中,如果编译程序出错,计算机将产生错误的结果,计算机没有逻辑来检验是否以正确的次序来读寄存器、是否重复使用资源。