Lecture 14. RISC VS CISC、现代计算机技术

CSAPP 第四章有更详细的描述

常见指令，risc 比 cisc 快，因为指令少

但是有些 cisc 的指令要用一堆 risc 指令实现（比如 mul 要用一堆 add 和 loop 实现）

RISC 与 CISC 是两个比较极端的概念。在实际当中，没有太 RISC 的，也没有太 CISC 的。

RISC VS CISC

CISC 就是包含大量不同的寻址方式和指令。

RISC 在指令集、寻址模式、数据格式等方面做了精简，使得绝大多数指令都可以在一个时钟周期内直接完成。

对于编译器来说，想要生成 RISC 的代码，也相对更难一些。
RISC 需要内存的性能比较良好，延迟不能太高，要不然一直不停的从内存里面取指令，那反而性能降低了
RISC 总体上来说性能会更好，常用于高性能运算场景
RISC 需要使用更多的通用寄存器，这样也可以减少对内存的访问（说白了就是指令的操作数几乎全是寄存器，寻址模式相比 CISC 少了很多）；但是由于摩尔定律，硬件成本将会显得越来越不重要
RISC 还优化了指令 流水线（pipeline），从而允许同时执行多条指令

早期的 CPU，就单纯的一次执行一个指令（获取、解码、执行），效率比较低。

但是高级一点的 CPU，哎，采用流水线技术：

奔腾处理器甚至有 U 和 V 两个执行单元。如果两条指令非常相似且无依赖关系，甚至可以直接同时执行。

这块就感觉跟 CS240 挺像的。

比如两个浮点数相加，需要四个步骤：

所以假设要做 12 次浮点数加法，标量运算，需要 48 步。

如果使用流水线进行运算，需要 12+3 = 15 步：

向量运算，就是把 ALU 当成若干个独立部分，每个部分同时执行一个运算，比如下图这俩向量，就分三块同时运算

如果用向量运算（ALU 分成四个）再配合 ALU 流水线，实现 12 次加法，只需要 6 步：

利用多处理器技术，处理器之间共享一块内存。

除了多处理器技术，还有一种类似的，叫做多计算机技术。多计算机技术当中，对于每台计算机，内存是独立的。

说白了就是分布式系统。

多处理器系统是不容易扩张的（有多少处理器就是多少个），但是多计算机系统可以通过 network 进行灵活的扩展。

计算机之间要实现消息传递，可以通过 PVM（并行虚拟机）或 RPC（远程过程调用）。

有如下四种类型

就是能同时执行多个指令的处理器，但是必须保证指令之间不存在依赖或者冲突关系

并行系统差不多就是多处理器系统，有两个特征：

紧耦合性 tightly coupled，就是说处理器之间共享总线、时钟，通过共享内存实现通信。因此不容易扩展。相反，分布式系统（多计算机系统）不共享总线和时钟，通过特定通信协议进行通信，所以就是 loosely coupled 不耦合的。
容忍错误 fault tolerance，就是说假如有一个处理器坏了，其他处理器应当可以补充完成这个坏掉的处理器的工作。

串联系统 tandem system，就是一个进程复制两份，扔给两个处理器同时运行。如果一个坏了，就换成另一个。虽然听起来很浪费资源，但是在银行系统、证券交易所等场合，很有必要。
非对称系统 asymmetric system，CS240 提到过，一个主，一堆从，每个处理器执行特定任务
对称系统 symmetric system，CS240 提到过，每个处理器地位相等，需要通信