RISC-V 简介(1)RISC-V的由来
1.指令集架构
指令集架构(Instruction Set Architecture, ISA),是一种抽象模型,包括指令集,寄存器,内存处理,寻址模式,中断和异常处理,以及外部的I/0接口。指令集包括一系列的操作码(opcode),或机器码(machine code),以及特定处理器执行的基本命令。ISA以不依赖于其实现特性方式,指定了在其实现上运行机器码的行为。中央处理器(central processing unit, CPU)可以看作是ISA的实现。
ISA可以有很多种不同的方式分类,最为广泛的分类是根据其架构的复杂性,可分为复杂指令集电脑(complex instruction set computer ,CISC)和精简指令集电脑(reduced instruction set computer ,RISC)。众所周知的CISC微处理器/控制器包括Motorola(摩托罗拉)6800,Intel(英特尔) 8080和X86系列。基于RISC设计的架构有ARM,RISC-V,MIPS等。CISC的特点是重视硬件,包括一些多时钟周期的复杂指令,容易产生语义鸿沟,代码量小。RISC的特点是偏向重视软件,结构简单,只包括单时钟周期的精简指令,代码量大。总的来说,CISC是将指令数量降低,牺牲了每个指令消耗的时钟周期,而RISC以多个指令数的代价,极大减少了每个指令的周期。RISC的策略带来了一些非常重要的优势,即相较于CISC,单时钟周期的指令需要更少的晶体管硬件空间,从而为通用寄存器留出更多空间。
然而ISA的推广程度不仅取决于架构的优异,也依赖于商业化的程度。RISC虽然具有很多的优势,但由于缺乏软件支持,RISC芯片发展是滞后于CISC的。没有商业利益,很多开发商公司也无法大批量生产RISC芯片,从而降低其价格,使其更有竞争力。
2.RISC-V 指令集的由来
RISC-V架构由美国加州大学伯克利分校的Krste Asanovic 教授,Andrew Waterman和Yunsup Lee 等人于2010发明的开源指令集,并得到图灵奖获得者David Patterson教授的帮助和支持。美国加州大学伯克利分校被称为“电子工程师的摇篮”,在很多电子工程方面的研究世界领先。当时Krste Asanovic 教授在教授一门CPU架构课时,在选择X86和ARM之间摇摆,希望通过更好的选择,来达到更好的教学效果。然而,在经过深入的研究市面上已有的CPU后,他决定自己去带领研发一款新的架构。与其他ISA相比,RISC-V不需要任何人或公司因为设计,生产和销售RISC-V架构的芯片而支付专利费。目前已经发展到第五代,因此又称为RISC-V(V–five),由于同期矢量指令的版本草案的发布,也可 以将V解释成Vector。
2017年5月,RISC-V发布了版本2.22的用户空间的指令集(user space ISA),而特权指令集(privileged ISA)也处在草案版本1.10。2019年12月13日更新了非特权指令集2.2版本(即早期的用户空间指令集),特权指令集1.11版本,调试指令集0.13.2版本。这三个版本是目前的最新版。
3.推出RISC-V的源动力
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4.RISC-V的特点
RISC-V主要有两个特点:......