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40位处理器指令集架构研究
时间:2020-04-27 09:16:08来源:汉斯出版社
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提要:当前中国在信息产业上的重大短板是“缺心少魂”,即缺少市场占有率显著的自主处理器芯片和操作系统。

当前中国在信息产业上的重大短板是“缺心少魂”,即缺少市场占有率显著的自主处理器芯片和操作系统,当然情况也在逐步改善,如海思麒麟芯片、龙芯和一些国产操作系统等正在努力扩大市场份额。芯片应用涉及到生态链问题,芯片之上是操作系统,操作系统之上是应用软件,芯片和操作系统是基础,应用软件是对用户产生核心价值的部分,如同冰山浮出水面上的部分。

没有应用软件支持,芯片和操作系统等底层部分也会自然消失。从资源投入来说,若芯片开发代价为1,操作系统开发代价为10,则各种应用软件的开发代价在100以上,投入极大。因此某类芯片要成功占领一部分市场,只有在长期积累下,在芯片及操作系统成熟可靠后,各种应用开发者主动适配该平台,逐渐形成软件生态,才能在市场中站稳脚跟。

 

(图片来源于网络,侵删)

汉斯出版社《计算机科学与应用》期刊中,有论文初步设计了适用于手机和个人电脑的40位处理器的免费开源精简指令集,具备以字节为单位的可变长度,解码规则简单,便于硬件实现,可用性和扩展性好,已定义共127条指令,包含基本指令93条和扩展指令34条。

在手机、平板、笔记本电脑等应用领域,x86芯片和ARM芯片正在互相渗透,而40位处理器能够满足主流应用要求且经济性可能更好,可望在市场缝隙中获得一线生机。借鉴并杂合各类处理器指令集的优点,如x86、ARM、RISC-V、SPARC等,本文尝试对40位处理器的指令集架构进行了初步设计,以便于抛砖引玉,为中国芯片产业发展提供一些思路。定义的40位处理器指令集是以字节为单位的可变长度精简指令集,解码规则简单,便于硬件实现,可用性和扩展性好。该指令集定义了从0号到99号共100条基本指令,其中已定义指令93条,预留7条四字节指令,另提供为双精度计算服务的扩展指令34条,编号从128号到161号,全部为已定义指令。总的已定义指令共127条,还留有较大的指令扩充空间。为推广使用,该指令集免费开源,不妨命名为熊猫处理器精简指令集,以突出中国特色。

指令集作为硬件和软件之间的接口,既是相对稳定的,又不是一成不变的,必须适应软硬件的发展而扩充。文提出的40位处理器的指令集没有历史包袱,便于全新设计,但能否满足信息处理的现代需求和未来发展,还需要实践来回答。该指令集架构设计为了适应硬件体系的实现要求,还有许多细节问题尚待讨论和细化,如寄存器窗口如何设计更为优化,中断系统的定义和控制,甚至浮点数格式的定义和控制等等,都可以有不同实现方案。要使得定义的指令集能够实际运作,还需要各方有识之士共同努力,将这一叶新苗培育成长,扎根于广阔的芯片市场,为中国和世界的信息产业服务。

文章来源: https://www.hanspub.org/journal/PaperInformation.aspx?paperID=32085

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40位 处理器 指令集 架构 研究

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