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第3章 策划

告别了埃里克,张亿诚知道还要等通知后也没回教室直接回了家,准备先把头脑里的几分前世的芯片设计样本整理出来,在结合这个时代的制造工艺和技术做个比较,确定哪种即能大批量制造出来又有成本和性能的优势。

这个时代的个人计算机水平还很落后,内存就更不用说了,软件也没前世那个时候丰富,所以想建设后世那种虚拟实验室目前还有一定困难,不是造不出来而是就算造出来了也不划算,耗时长、功能也很有限。

在专业的绘图工具店买好直尺、圆规、绘图铅笔等必须的工具后直接丢到了自己那辆二手汽车后备箱,在路边加油站旁随便吃份快餐就回了家。

张亿诚用刚买的大型号的直尺在卧室里的书桌上比划了下,空间很小几乎不够用,这是估算后得出的结论,于是打电话订购一台新的超大桌子和一个密码保险箱,约定下午3点前送到,这些张亿诚准备安放在自己的客厅里,工欲善其事必先利其器的道理他还是懂的。

说起80年代90年代的个人处理器,目前市场上主要有英特尔、摩托罗拉、AMD、MOS、ZILOG等。像DEC,IBM之类的也可以自己生产处理器,一般他们只生产面向服务器级别的而且与他们的主板等是一起出售所以张亿诚不做考虑他们。

要做处理器就不能不学习英特尔,英特尔的成功主要有2个原因:一赶上了这个时代的计算机行业的巨人IBM公司想在个人计算机市场有所作为的机会,对于把个人计算机市场经营的红红火火的苹果,IBM决心要从中分一杯羹所以在今年启动了象棋机会,而为了能够迅速的推入市场才决定从软件硬件全自己生产到决定适当的选择公司外的软硬件供应商合作,这就给了当时开发出16位处理器生产商英特尔的8086一个机会,二就是在IBMPC大获成功后建立的wintel联盟,这样迫使英特尔一直基于CISC体系架构的X86不断增大自己的指令集以兼容已有的软硬件应用,英特尔的技术从来都不是最先进的,他只是紧紧的依靠wintel联盟抓住了用户需要兼容这个诉求,形成了盈利投入工艺和技术研发在盈利这样一个良性循环。

张亿诚重重的在纸上用大号的记号笔写上以后的研发思想。研发第一条:兼容。第二条:架构。第三条:制造工艺。第四:软硬件支持。张亿诚相信只要遵照这个思路一直走下去他没有理由惧怕蓝色巨人和WINTEL联盟。自己既然选定发展RISC架构就要先做一番细致的规划。

RISC也就是精简指令集架构的确是一种先进的芯片未来发展方向,问题出来了,这种架构具有比较强的专业性。由于指令集是精简的所以这些指令很简单,根据前世20-80定律:80%的工作是由20%的常用指令完成,剩下的20%的工作才是由80%的不常用指令完成,,但是指令集架构是精简的所以就必须有个侧重,当这样一款处理器在执行一些不常用指令时将会很慢,而常用指令的执行又会非常的快。CISC复杂指令集就不会存在这样的问题,因为复杂指令集的所有指令在地位上都是平等的,所以比较的通用。这不是最主要的区别。因为在前世2010年后英特尔也开始往这方面靠拢还号称采用的是最新技术。

主要的区别是复杂指令集执行的是长短不一的指令,所以在处理这些指令的时候必须要先对这些指令分割,因此在执行单一指令的时候需要进行较多的处理工作,而RISC的指令几乎都是等长的精简指令所以在执行指令的时候速度很快,性能又稳定。还有一点在并行方面RISC可以同时执行多条指令,它可将一条指令分割成若干个进程或线程,交由多个处理器同时执行。由于RISC执行的是精简指令集,所以它的制造工艺简单且成本低廉。成本的低廉正是张亿诚最看重的,没看到前世的中国靠廉价的产品在世界各地攻城拔寨无所不利嘛。

那么还有一点的不同:CISC复杂指令的寻址方式种类繁多,操作数可以直接来自内存。但复杂指令为现代处理器技术中广泛使用的流水线技术引入了问题:在微处理器中指令的执行一般分为“预指”,“取操作数”,“运算”,“存放”等操作。对于CISC复杂指令,他们的执行时间各不相同(有的可在4,5个时钟周期内完成,有的却需要几十个,即便对于简单指令,也会由于寻址方式的不同造成不同的执行时间)。更糟糕的是,指令长度也不一致,同一指令的长度也会因不同的寻址方式而变化。针对这些指令,如何设计流水线长度呢?若按最短指令设计流水线,当碰到复杂指令时流水线就会发生中断;若按最长指令设计流水线,说道流水线张亿诚想到一个很经典的比喻:流水线就像工厂的生产线。CPU的一个任务,或者说指令,被分为很多个步骤完成,就跟生产线上装配汽车,分成若干个零件依次安装。而CPU的主频相当于流水线工作的统一节奏。你可以想象成主频就是干活时候喊的号子,大家都跟着号子一步一步的干活。执行较短指令时就会跳过某些工位,使流水线不能完全充满。对于上述情况,以及20-80定律(80%的情况下执行的是占指令集20%的常用指令)。多数复杂指令很少用到。当使用高级语言进行程序设计时,编译器为了兼容前期设计的CPU,一般不会生成特殊的复杂指令。如果舍弃这些不常用的复杂指令,就能简化CPU的设计。这正是RISC的出发点。

上面的原因也就是张亿诚决定优先开发RISC的处理器的主要原因,下面又出新问题了这就要求张亿诚必须能够很透彻的了解这个时代的人民对于个人计算机主要有那些方面的要求,也就是他们拿个人计算机主要做什么工作,办公、游戏、还是研究或者教育等。

请专业的咨询调查公司对于张亿诚来说消耗不起,不说金钱方面的问题,单是时间就等不起。要完成一次全面的调查还是群雄并立混乱不堪的行业,需要的时间至少半年甚至几年也不稀奇,最后还不一定得到准确的数据,要知道81年大致8月分IBM的PC就会推向市场,促使了wintel联盟的成立,等到英特尔和微软因为IBM的成功而成功的时候,他们将会形成可怕的行业标准,会涌现大量的运行于他们产品上的应用软件,无论硬件还是软件的丰富性都将使用户不愿更换环境,这时候张亿诚还想获得成功将会变的比现在困难百倍。

当想到这里的时候让张亿诚真切的感受到了时间的紧迫。“那么下面让我先把我的RISC架构的主要的几个标准记下来,然后正式开始我的指令的开发。”张亿诚以微不可闻的声音对自己说了一句。

在21世纪的芯片领域要开发成功一款产品这里指的是技术上的成功第一步就要明确你的目的,你要达成什么目的你才会围绕这个目的的达成开发芯片,在明确目的后就要选择你的架构,这个架构必须要突出那些特点,当这些都完成后才会近入模拟指令集的编写,然后就是在虚拟的开发程序上根据你手头上的实际的一些电子元件进行模拟组装,这是个反复修改的过程直到满足设计的需求,最后才是实际的流片生产,以目前的科技水平虚拟的模拟开发技术就别想了,别说用这技术开发了,这技术还等着张亿诚去开发呢。

即使在21世纪真正的最新型处理器大部分也是在图纸上开发的,因为很多新技术新材料新工艺在这个模拟软件上根本就体现不出来。那么设计要求也就出来了下面的5点。

1,指令系统要求较小:种类的数量较少,只提供简单指令。这些指令大多都能在4,5个时钟周期内完成。2,指令的操作数必须预存于寄存器中,这样取指操作的时间也统一了。3,指令长度,寻址方式,格式都整齐划一:这样可以充分利用流水线,基本上可实现一个时钟脉冲执行一条指令的目标。4,设计要求指令集中断可视为特殊的子程序链接:要求的指令集对中断进行区分对待,分为轻量级和重量级。对轻量级中断只保存需要保存的寄存器内容;对重量级中断的处理如同常规中断。5,设计要求都要采用流水线、高速缓存。

只要达到以上的要求也才能保证目前的技术设计上的领先,这只是一个暂时的总的纲领性要求,具体就是根据如此去编写指令集和编译器,这是一个辛苦的脑力工作,需要天才的程序员和设计工程师。

当前这些底层的软件编写工作对于穿越来的张亿诚还构不成太大的难题。“看样是时候开始招兵买马,哦,不,好像目前只缺一位熟悉电子行业的采购啊!”

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