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1、摘要我国计算机芯片产业目前基本形成了较为全面的产业化格局，指令系统经过14年的自主研究开发，积累了一定的专利技术。但指令系统种类的多元化、专利缺乏系统化布局仍是我国芯片产业发展的最大困扰。指令系统是计算机硬件的语言系统，也叫机器语言，它是软件和硬件的主要界面，从系统结构的角度看，它是系统程序员看到的计算机的主要属性。对不同的计算机在设计指令系统时，应对指令格式、类型及操作功能给予应有的重视。指令系统简介在计算机指令系统的优化发展过程中, 网络通信、信息安全和信息家电产品将越来越普及，而CPU正是所有这些信息产品中必不可少的部件。而中国CPU还远远未能在民用市场争得一席之地是我们不得不面对的事实
2、。国产CPU的技术本身还有待完善，应用领域还有待丰富，最终能否站稳脚跟，成为信息化建设的主力，还有待市场的检验。毕竟，与世界最先进的水平相比，国产CPU才刚刚上路。中国CPU的发展任重而道远！关键词：计算机指令，指令系统， CPUAbstractOur computer chip industry is the basic formation of a more comprehensive pattern of industrialization, the instruction after 14 years of independent research and development, t
3、he accumulation of a certain patented technology. However, the diversification of the types of instruction set, the patent lack of systematic layout is still a big headache for Chinas chip industry. System of instruction is the language of the computer hardware system, also known as machine language
4、, which is the main interface of the software and hardware from the system architecture point of view, it is the main attributes of a computer systems programmer to see. On different computers in the design of the instruction set address instruction format, type, and operating functions to be given
5、the attention it deserves. About instruction set computer instruction set to optimize the development process, network communications, information security and information appliances will become more and more popular, and the CPU is the essential components in all of these information products. The
6、Chinese CPU also fallen far short of the civilian market to gain a place we have to face facts. Made CPU technology itself remains to be perfect, applications remains to be rich, can ultimately gain a firm foothold and become the main information construction has yet to be tested by the market. Afte
7、r all, compared with the worlds most advanced level, made CPU is just the road. The development of Chinas CPU a long way to go!Key words: computer instruction, the instruction system, the CPU目 录摘要I目 录III第一章 绪论11.1计算机指令系统国内外发展状况11.2计算机指令的发展历程3第二章 计算机指令系统52.1计算机指令系统的概况、特点及要求52.2计算机指令系统 - 寻址方式62.3计算机指令
8、系统 - 种类72.4计算机指令系统 - 指令格式8第三章 计算机指令系统与中国CPU的发展103.1计算机指令的研究103.2迅速崛起的中国CPU11参考文献16致谢17第一章 绪论1.1计算机指令系统国内外发展状况计算机芯片是电子信息产品的核心，是确保国家电子信息安全的战略性产品。指令系统则是芯片产品的重要核心，是我国“核高基”重大专项重点攻关的关键技术。目前，芯片产业格局正在变革和调整。但指令系统种类的多元化、专利缺乏系统化布局成为我国芯片产业发展的最大困扰。针对这一情况，国家知识产权局组织有关人员对我国芯片关键技术指令系统专利态势进行了深入的调研，并撰写了一份分析报告。报告建议，我国应
9、紧紧抓住这一难得的发展机遇，力争实现指令系统的重大突破，使我国在下一代信息产业中处于更有利的地位。产业分散 未成系统国际上指令系统的发展经过市场化选择后，目前只剩下3种主流指令系统，但国内现有6家单位就使用了8种指令系统，且各家单位之间互不相通。指令系统是计算机硬件的语言系统，也叫机器语言，它是指计算机所能执行的全部指令的集合，它描述了计算机内全部的控制信息和“逻辑判断”能力。不同计算机的指令系统包含的指令种类和数目也不同。指令系统是表征一台计算机性能的重要因素，它的格式与功能不仅直接影响到机器的硬件结构，而且也直接影响到系统软件，影响到机器的适用范围。研究表明，发达国家和跨国公司正是凭借其对
10、指令系统构建起的知识产权保护，掌握了计算机芯片产业的发展主动权。指令系统知识产权问题已成为我国计算机芯片产业必须面对的头等大事。为此，知识产权局近期组织开展并完成了“高性能计算机芯片指令系统专利分析和预警”专项研究。报告指出，“我国计算机芯片产业目前基本形成了较为全面的产业化格局，指令系统经过14年的自主研究开发，积累了一定的专利技术。但指令系统种类的多元化、专利缺乏系统化布局仍是我国芯片产业发展的最大困扰。”国际上指令系统的发展经过市场化选择后，目前只剩下3种主流指令系统，但国内现有6家单位就使用了8种指令系统，且各家单位之间互不相通。既有自主开发，又有国外许可基础上的扩展，出现了“技术分散
11、、人员分散、资金分散、专利分散”乃至“产业分散”的现状，使得我国自主产业生态环境迟迟难以形成，严重制约了我国芯片产业的健康发展。专利困局 难以突围当国内目前尚处在技术发展期时，国外已经走过了基础专利技术积累期，在跨国公司严密的专利保护网下，我国企业每年不得不为指令系统授权付出大量许可费用。报告分析认为，我国在指令系统领域面临的困局还表现在，国外指令系统专利布局严密、产业控制力强。统计表明，截至2011年底，全球芯片产业指令系统专利申请量已达20221件。在国家知识产权局受理的1374件专利中，国外在华专利申请869件（占63），国内专利申请505件（占37）。国外在华申请主要来自美国（68）、
12、日本（15）和英国（6），核心专利也主要掌握在美国的英特尔公司（251件）、美国的国际商用机器公司（76件）、美国的高通公司（67件）、英国的安谋公司（40件）和美国的美普思公司（16件）等国外大公司手中。报告指出，跨国公司凭借专利先发优势已形成对产业链的控制。目前，以英特尔、安谋和美普思公司创建的3种主流指令系统已经成为业界的事实标准，3家公司无一例外地将“专利”作为维护其产业生态链顶端利益的战略手段。报告研究发现，英特尔公司凭借725件全球专利申请以及251件在华专利申请，成为在指令系统技术上全球和中国专利布局最多的申请人，自1995年起英特尔公司已经依次完成了对MMX（多媒体扩展指令集）
13、、SSE（数据流单指令序列扩展指令集）和AVX（高级矢量扩展指令集）等核心指令集的专利布局，有效地构筑了指令系统事实标准的地位。而安谋公司和美普思公司则凭借“IP授权专利保护”相结合的商业模式，通过对指令系统关键核心技术的专利布局，有效地维护了其指令架构授权的发展模式，从而占据了以智能手机为代表的嵌入式芯片产业的绝大部分市场份额。不难发现，当国内目前尚处在技术发展期时，国外已经走过了基础专利技术积累期，在跨国公司严密的专利保护网下，我国企业每年不得不为指令系统授权付出大量许可费用。新一代信息产业正引发新一轮指令系统专利储备战。随着移动互联网和云计算等新一代信息技术产业的快速发展，与指令相关的一
14、些未来热点领域正在成为国外公司争相布局的焦点。研究发现，虽然国外公司在2003年之后总体专利申请量出现下降，但与指令系统新的应用领域相关的一些细分技术点的申请量却显著增加，如多核（75%）、二进制翻译（73）、格式转换（64）、电源功耗管理（61），其近5年的专利申请量已超过其总量的60。英特尔、高通、安谋等公司均纷纷加大在这些领域的投入，显示出这些新兴热点领域正在成为国外公司专利储备的重点。对此，我国企业应引起足够重视。专利量少 缺乏合力国内专利集中度较高，但整体竞争力较低。较高的专利集中度并未转化成较强的专利竞争力，难以形成与国外跨国公司相抗衡的技术实力。与跨国公司相比，我国在这一领域的专
15、利布局还处在比较弱势的地位。报告统计表明，我国指令专利总量只有505件（含台湾126件），其中发明专利496件（占98.2），授权有效专利220件（占43.6），整体上与国外的差距较为明显。国内申请量排名前五位的申请人分别是：威盛（78件）、龙芯（59件）、浙江大学（45件）、国防科大（34件）和上海交大（30件）。报告指出，国内专利集中度较高，但整体竞争力较低。数据表明，国内排名前五位申请人的专利数量（246件）约占国内指令系统技术专利总量的50，显示出国内指令系统专利集中于少数研发单位，技术聚集度较高。但较高的专利集中度并未转化成较强的专利竞争力，龙芯、浙江大学、国防科大和上海交大所采用的
16、指令系统各不相同，技术路线的分散导致国内本不多的专利积累更显薄弱，难以形成与国外跨国公司相抗衡的技术实力。目前，国内企业在一些热点领域上已具备技术实力。研究发现，龙芯和上海交大在二进制翻译（6件、16件）和格式转换（8件、10件）以及上海交大和浙江大学在线程控制（5件、7件）等一些指令系统核心技术上已经拥有了一定的专利积累，如能进一步加强合作则会增强我国在相关领域的整体竞争实力，缩小与国外跨国公司的技术差距。1.2计算机指令的发展历程指令系统指一台计算机中所有机器指令(基本操作)的集合，是表征一台计算机性能的重要因素，它的格式与功能不仅直接影响到机器的硬件结构，而且也直接影响到系统软件，影响到
17、机器的适用范围。 指令系统的发展历程： 50年代：指令系统只有定点加减、逻辑运算、数据传送、转移等十几至几十条指令。 60年代后期：增加了乘除运算、浮点运算、十进制运算、字符串处理等指令，指令数目多达一二百条，寻址方式也趋多样化。 60年代后期开始出现系列计算机、复杂指令系统计算机(CISC)、精简指令系统计算机(RISC)。 目前流行的CPU可以如下划分：CISC(Complex Instruction Set Computer)：Intel/AMD/VIA的x86 RISC(Reduced Instruction Set Computer)：MIPS和ARM，苹果的PowerPC。MIPS
18、的意思是“无内部互锁流水级的微处理器”(Microprocessor without interlocked piped stages)，其机制是尽量利用软件办法避免流水线中的数据相关问题。它最早是在80年代初期由斯坦福(Stanford)大学Hennessy教授领导的研究小组研制出来的。在MIPS芯片的发展过程中，SGI公司在1992年收购了MIPS计算机公司，1998年，MIPS公司又脱离了SGI，成为MIPS技术公司， MIPS技术公司是美国著名的芯片设计公司，它采用精简指令系统计算结构(RISC)来设计芯片。和英特尔采用的复杂指令系统计算结构(CISC)相比，RISC具有设计更简单、设
19、计周期更短等优点，并可以应用更多先进的技术，开发更快的下一代处理器。MIPS是卖的最好的RISC CPU，可以从任何地方，如Sony， Nintendo的游戏机，Cisco的路由器和SGI超级计算机，看见MIPS产品在销售。目前主要分为两个系列，R系列和K系列。MIPS R系列微处理器用于构建SGI的高性能工作站、服务器和超级计算机系统。在嵌入式方面，MIPS K系列微处理器是目前仅次于ARM的用得最多的处理器之一（1999年以前MIPS是世界上用得最多的处理器），其应用领域覆盖游戏机、路由器、激光打印机、掌上电脑等各个方面。利用RISC处理器作为服务器领域，MIPS的另两个竞争对手分别是SU
20、N的UltraSPARC和IBM的POWER系列处理器。但比较而言，MIPS主要是应用于专门的图形工作站(SIG)/服务器上。附：中国龙芯2和前代产品采用的都是64位MIPS指令架构，它与大家平常所知道的X86指令架构互不兼容，MIPS指令架构由MIPS公司所创，属于 RISC体系。过去，MIPS架构的产品多见于工作站领域，索尼PS2游戏机所用的“Emotion Engine”也采用MIPS指令，这些MIPS处理器的性能都非常强劲，而龙芯2也属于这个阵营，在软件方面与上述产品完全兼容。POWER(Performance Optimized With Enhanced RISC): 二十世纪九十
21、年代，IBM(国际商用机器公司)、Apple（苹果公司）和Motorola（摩托罗拉）公司开发PowerPC芯片成功，并制造出基于PowerPC的多处理器计算机。PowerPC 体系结构是 RISC（精简指令集计算）体系结构的一个示例。因此APPLE的PC用的CPU分为两类，一是IBM的Power系列，另一是Motolora的MC和MPC系列。第二章 计算机指令系统2.1计算机指令系统的概况、特点及要求指令系统是计算机硬件的语言系统，也叫机器语言，它是软件和硬件的主要界面，从系统结构的角度看，它是系统程序员看到的计算机的主要属性。因此指令系统表征了计算机的基本功能决定了机器所要求的能力，也决定
22、了指令的格式和机器的结构。对不同的计算机在设计指令系统时，应对指令格式、类型及操作功能给予应有的重视。指令系统 计算机所能执行的全部指令的集合，它描述了计算机内全部的控制信息和“逻辑判断”能力。不同计算机的指令系统包含的指令种类和数目也不同。一般均包含算术运算型、逻辑运算型、数据传送型、判定和控制型、输入和输出型等指令。指令系统是表征一台计算机性能的重要因素，它的格式与功能不仅直接影响到机器的硬件结构，而且也直接影响到系统软件，影响到机器的适用范围。指令 微机完成规定操作的命令，一条指令通常由操作码和地址码组成。 操作数：计算机在运行过程需要的数据称为操作数。 概况一条指令就是机器语言的一个语
23、句，它是一组有意义的二进制代码，指令的基本格式如：操作码字段地址码字段其中操作码指明了指令的操作性质及功能，地址码则给出了操作数或操作数的地址。各计算机公司设计生产的计算机，其指令的数量与功能、指令格式、寻址方式、数据格式都有差别，即使是一些常用的基本指令，如算术逻辑运算指令、转移指令等也是各不相同的。因此，尽管精简指令系统计算结构(RISC)来设计芯片各种型号计算机的高级语言基本相同，但将高级语言程序（例如Fortran语言程序）编译成机器语言后，其差别也是很大的。因此将用机器语言表示的程序移植到其他机器上去几乎是不可能的。从计算机的发展过程已经看到，由于构成计算机的基本硬件发展迅速，计算机
24、的更新换代是很快的，这就存在软件如何跟上的问题。大家知道，一台新机器推出交付使用时，仅有少量系统软件（如操作系统等）可提交用户，大量软件是不断充实的，尤其是应用程序，有相当一部分是用户在使用机器时不断产生的，这就是所谓第三方提供的软件。为了缓解新机器的推出与原有应用程序的继续使用之间的矛盾，1964年在设计IBM360计算机时所采用的系列机思想较好地解决了这一问题。从此以后，各个计算机公司生产的同一系列的计算机尽管其硬件实现方法可以不同，但指令系统、数据格式、I/O系统等保持相同，因而软件完全兼容（在此基础上，产生了兼容机）。当研制该系列计算机的新型号或高档产品时，尽管指令系统可以有较大的扩充
25、，但仍保留了原来的全部指令，保持软件向上兼容的特点，即低档机或旧机型上的软件不加修改即可在比它高档的新机器上运行，以保护用户在软件上的投资。 特点及要求指令系统的性能决定了计算机的基本功能，它的设计直接关系到计算机的硬件结构和用户的需要。一个完善的指令系统应满足如下四方面的要求： 完备性指用汇编语言编写各种程序时，指令系统直接提供的指令足够使用，而不必用软件来实现。完备性要求指令系统丰富、功能齐全、使用方便。 有效性是指利用该指令系统所编写的程序能够高效率地运行。高效率主要表现在程序占据存储空间小、执行速度快。指令系统 规整性包括指令系统的对称性、匀齐性、指令格式和数据格式的一致性。对称性是指
26、：在指令系统中所有的寄存器和存储器单元都可同等对待，所有的指令都可使用各种寻址方式；匀齐性是指：一种操作性质的指令可以支持各种数据类型；指令格式和数据格式的一致性是指：指令长度和数据长度有一定的关系，以方便处理和存取。 兼容性至少要能做到“向上兼容”，即低档机上运行的软件可以在高档机上运行。 2.2计算机指令系统 - 寻址方式根据指令内容确定操作数地址的过程称为寻址。完善的寻址方式可为用户组织和使用数据提供方便。直接寻址：指令地址域中表示的是操作数地址。间接寻址：指令地址域中表示的是操作数地址的地址即指令地址码对应的存储单元所给出的是地址A，操作数据存放在地址A指示的主存单元内。有的计算机的指
27、令可以多次间接寻址,如A指示的主存单元内存放的是另一地址B，而操作数据存放在B指示的主存单元内，称为多重间接寻址。立即寻址：指令地址域中表示的是操作数本身。指令系统 变址寻址：指令地址域中表示的是变址寄存器号i和位移值D。将指定的变址寄存器内容E与位移值D相加,其和E+D为操作数地址。许多计算机具有双变址功能，即将两个变址寄存器内容与位移值相加，得操作数地址。变址寻址有利于数组操作和程序共用。同时，位移值长度可短于地址长度，因而指令长度可以缩短。相对寻址：指令地址域中表示的是位移值D。程序计数器内容（即本条指令的地址）K与位移值D相加，得操作数地址K+D。当程序在主存储器浮动时，相对寻址能保持
28、原有程序功能。此外，还有自增寻址、自减寻址、组合寻址等寻址方式。寻址方式可由操作码确定，也可在地址域中设标志，指明寻址方式。 2.3计算机指令系统 - 种类 常见指令按功能可划分为：数据处理指令：包括算术运算指令、逻辑运算指令、移位指令、比较指令等。数据传送指令：包括寄存器之间、寄存器与主存储器之间的传送指令等。程序控制指令：包括条件转移指令、无条件转移指令、转子程序指令等。输指令系统 入输出指令：包括各种外围设备的读、写指令等。有的计算机将输入输出指令包含在数据传送指令类中。状态管理指令：包括诸如实现置存储保护、中断处理等功能的管理指令。随着计算机系统结构的发展，有些计算机还不断引入新指令。
29、如“测并置”指令是为在多机系统和多道程序中防止重入公用子程序而设置的。指令先测试标志位以判断该子程序是否正在使用。如未被使用，则转入子程序并置该标志位，以防其他进程重入。后来又出现功能更强的信号（PV操作）指令。有的计算机还设置“执行”指令。“执行“指令执行由地址域所确定的存储单元中的指令。其目的是避免用程序直接修改程序中的指令。这对程序的检查和流水线等技术的应用均有好处。有的计算机采用堆栈实现程序的调用指令和返回指令。调用时将返回地址和各种状态、参数压入堆栈顶部，这样就能较好地实现子程序的嵌套和递归调用，并可使子程序具有可重入性。另外，一些计算机使不少复杂的操作固定化，形成诸如多项式求值、队
30、列插项、队列撤项和各种翻译、编辑等指令。向量指令和标量指令：有些大型机和巨型机设置功能齐全的向量运算指令系统。向量指令的基本操作对象是向量,即有序排列的一组数。若指令为向量操作,则由指令确定向量操作指令系统数的地址（主存储器起始地址或向量寄存器号），并直接或隐含地指定如增量、向量长度等其他向量参数。向量指令规定处理机按同一操作处理向量中的所有分量，可有效地提高计算机的运算速度。不具备向量处理功能，只对单个量即标量进行操作的指令称为标量指令。特权指令和用户指令：在多用户环境中，某些指令的不恰当使用会引起机器的系统性混乱。如置存储保护、中断处理、输入输出等这类指令，均称为特权指令，不允许用户直接使
31、用。为此，处理机一般设置特权和用户两种状态，或称管（理）态和目（的）态。在特权状态下，程序可使用包括特权指令在内的全部指令。在用户状态下，只允许使用非特权指令，或称用户指令。用户如使用特权指令则会发生违章中断。如用户需要申请操作系统进行某些服务，如输入输出等，可使用“广义指令”，或称为“进监督”、“访管”等的指令。 2.4计算机指令系统 - 指令格式 计算机的指令格式与机器的字长、存储器的容量及指令的功能都有很大的关系。从便于程序设计、增加基本操作并行性、提高指令功能的角度来看，指令中应包含多种信息。但在有些指令中，由于部分信息可能无用，这将浪费指令所占的存储空间，并增加了访存次数，也许反而会
32、影响速度。因此，如何合理、科学地设指令系统计指令格式，使指令既能给出足够的信息，又使其长度尽可能地与机器的字长相匹配，以节省存储空间，缩短取指时间，提高机器的性能，这是指令格式设计中的一个重要问题。计算机是通过执行指令来处理各种数据的。为了指出数据的来源、操作结果的去向及所执行的操作，一条指令必须包含下列信息：（1）操作码。它具体说明了操作的性质及功能。一台计算机可能有几十条至几百条指令，每一条指令都有一个相应的操作码，计算机通过识别该操作码来完成不同的操作。（2）操作数的地址。CPU通过该地址就可以取得所需的操作数。（3）操作结果的存储地址。把对操作数的处理所产生的结果保存在该地址中，以便再
33、次使用。（4）下条指令的地址。执行程序时，大多数指令按顺序依次从主存中取出执行，只有在遇到转移指令时，程序的执行顺序才会改变。为了压缩指令的长度，可以用一个程序计数器（ProgramCounter，PC）存放指令地址。每执行一条指令，PC的指令地址就自动+1（设该指令只占一个主存单元），指出将要执行的下一条指令的地址。当遇到执行转移指令时，则用转移地址修改PC的内容。由于使用了PC，指令中就不必明显地给出下一条将要执行指令的地址。一条指令实际上包括两种信息即操作码和地址码。操作码（OperationCode，OP）用来表示该指令所要完成的操作（如加、减、乘、除、数据传送等），其长度取决于指令系
34、统中的指令条数。地址码用来描述该指令的操作对象，它或者直接给出操作数，或者指出操作数的存储器地址或寄存器地址（即寄存器名）。指令包括操作码域和地址域两部分。根据地址域所涉及的地址数量，常见的指令格式有以下几种。三地址指令：一般地址域中A1、A2分别确定第一、第二操作数地址,A3确定结果地址。下一条指令的地址通常由程序计数器按顺序给出。二地址指令：地址域中A1确定第一操作数地址，A2同时确定第二操作数地址和结果地址。单地址指令：地址域中A确定第一操作数地址。固定使用某个寄存器存放第二操作数和操作结果。因而在指令中隐含了它们的地址。零地址指令：在堆栈型计算机中，操作数一般存放在下推堆栈顶的两个单元
35、中,结果又放入栈顶,地址均被隐含，因而大多数指令只有操作码而没有地址域。可变地址数指令：地址域所涉及的地址的数量随操作定义而改变。如有的计算机的指令中的地址数可少至0个，多至6个。第三章 计算机指令系统与中国CPU的发展3.1计算机指令的研究指令系统简介在计算机指令系统的优化发展过程中, 出现过两个截然不同的优化方向: CISC 技术和RISC 技术。CISC 是指复杂指令系统计算机(*plex Instruction Set *puter); RISC是指精减指令系统计算机(Reduced Instruction Set*puter)。这里的计算机指令系统指的是计算机的最低层的机器指令, 也
36、就是CPU 能够直接识别的指令。随着计算机系统的复杂, 要求计算机指令系统的构造能使计算机的整体性能更快更稳定。最初, 人们采用的优化方法是通过设置一些功能复杂的指令, 把一些原来由软件实现的、常用的功能改用硬件的指令系统实现, 以此来提高计算机的执行速度, 这种计算机系统就被称为复杂指令系统计算机, 即plex InstructionSet puter, 简称CISC。另一种优化方法是在20 世纪80 年代才发展起来的, 其基本思想是尽量简化计算机指令功能, 只保留那些功能简单、能在一个节拍内执行完成的指令,而把较复杂的功能用一段子程序来实现, 这种计算机系统就被称为精简指令系统计算机。即R
37、educed Instruction Set puter, 简称RISC。RISC 技术的精华就是通过简化计算机指令功能, 使指令的平均执行周期减少, 从而提高计算机的工作主频, 同时大量使用通用寄存器来提高子程序执行的速度。RISC 的提出采用复杂指令系统的计算机有着较强的处理高级语言的能力. 这对提高计算机的性能是有益的。1979 年以帕特逊教授为首的一批科学家也开始在美国加册大学伯克莱分校开展这一研究。结果表明, CISC 存在许多缺点。首先,在这种计算机中, 各种指令的使用率相差悬殊:一个典型程序的运算过程所使用的80% 指令,只占一个处理器指令系统的20% , 事实上最频繁使用的指令
38、是取、存和加这些最简单的指令,这样一来, 长期致力于复杂指令系统的设计, 实际上是在设计一种难得在实践中用得上的指令系统的处理器。同时, 复杂的指令系统必然带来结构的复杂性, 这不但增加了设计的时间与成本还容易造成设计失误。此外, 尽管VLSI 技术现在已达到很高的水平, 但也很难把CISC 的全部硬件做在一个芯片上, 这也妨碍单片计算机的发展, 在CISC 中, 许多复杂指令需要极复杂的操作, 这类指令多数是某种高级语言的直接翻版, 因而通用性差. 由于采用二级的微码执行方式, 它也降低那些被频繁调用的简单指令系统的运行速度。因而, 针对CISC 的这些弊病,帕特逊等人提出了精简指令的设想即
39、指令系统应当只包含那些使用频率很高的少量指令, 并提供一些必要的指令以支持操作系统和高级语言, 按照这个原则发展而成的计算机被称为精简指令集计算机(Reduced Instruction Set *puter-当前计算机发展的主流是什么呢？国内外比较一致的看法是 RISC RISC是精简指令系统计算机（Reduced Instruction Set *puter）的英文缩写。所谓指令系统计算机所能执行的操作命令的集合。程序最终要变成指令的序列，计算机能执行。计算机都有自己的指令系统，对于本机指令系统的指令，计算机能识别并执行，识别就是进行译码把代表操作的二进制码变成操作所对应的控制信号，从而进
40、行指令要求的操作。一般讲，计算机的指令系统约丰富，它的功能也约强。RISC系统将指令系统精简，使系统简单，目的在于减少指令的执行时间，提高计算机的处理速度。传统的计算机一般都是每次取一条指令，而RISC系统采用多发射结构，在同一时间发射多条指令，当然这必须增加芯片上的执行部件。3.2迅速崛起的中国CPU随着网络时代的到来，网络通信、信息安全和信息家电产品将越来越普及，而CPU正是所有这些信息产品中必不可少的部件。根据使用范围的不同，CPU可分为通用CPU和嵌入式CPU。通用CPU主要用作计算机（如PC等）的处理器，具有较强的通用性，要求有较强的运算和处理能力、较大的存储器寻址空间和较快的存储速
41、度。Intel公司的X86系列CPU是最具代表性的。而中国的CPU又处在一种怎么样的发展形势呢？下面我们介绍中国CPU的发展CPU 微电子中国芯CPU是计算机的心脏，包括运算部件和控制部件，是完成各种运算和控制的核心，也是决定计算机性能的最重要的部件。CPU从最初发展至今已二十多年的历史了，这期间，按照其处理信息的字长，CPU可以分为：4位微处理器、8位微处理器、16位微处理器、32位微处理器以及正在酝酿构建的64位微处理器，可以说个人电脑的发展是随着CPU的发展而前进的。中国CPU的发展足迹在改革开放二十几载后，我们的综合国力有了质的飞跃，虽然现在仍然不能和西方发达国家相比，但也已经不再是紧
42、巴巴的过日子了。我国的电脑产业也在市场和政策的双重推动下有了长足的发展，尤其是电脑产品制造业，广东的深圳、东莞，江苏的苏州工业园以及上海地区形成了中国微电子（包括电脑产品的生产）产品生产的两大基地。现在在国内销售的各种品牌的电脑产品有80以上都是上述地方生产的。电脑产品生产制造业在国内迅速兴起，在很大程度上推动了电脑核心技术的研发（说的专业一些就是计算机核心技术）。这其中最具突破性的成果就是国产民用处理器的研制成功。“我国首枚实用化32位CPU芯片方舟-17月8日在京通过专家鉴定。这一微电子与计算机领域的重大突破，改写了我国信息产业无芯的历史”。这是2001年7月11日人民日报科教.经济.文化
43、版的报道。消息一经公布，在当时立刻掀起了非常大的波澜，确切些说是风暴。不论是舆论还是普通民众都将溢美之词毫不保留的全部献给了“方舟-1”处理器。作为中国人，这是非常值得骄傲的，尽管它仅仅是嵌入式处理器，尽管它的应用范围只在银行、网络计算机等领域，亦尽管它的性能连当时的奔腾200MMX处理都无法相比。但无论如何，它是中国的，是属于中国人自己的“芯”。同时也表明，中国将降低对外国CPU的依赖程度。当然，他的性能无法与现在的Intel、AMD的CPU生产大鳄相比，但“方舟-1”让我们看到了希望。一种能够用上“中国芯”的希望。“方舟-1”嵌入式处理器正式发布之后，“中国芯”就犹如雨后春笋般冒了出来。在
44、2001年到2005年这短短的近4年时间里，先后就有“星光”、“汉芯、“龙芯”、“万通一号”、“众志”等十几款国产处理器发布，这种情形可以用欣欣向荣来形容。如此之多的国家CPU发布，虽然令国人为之振奋，为之骄傲。来看看这些年来国产CPU的发展历程吧。星光一号：2001年3月问世，是第一个打进国际市场的中国芯片。星光二号：2002年5月问世，是全球第一个音频视频同体的图像处理芯片。星光三号：2002年9月问世，是中国第一块具有CPU驱动的图像处理芯片。星光四号：2003年2月问世，是中国第一块移动多媒体芯片。星光五号：2003年6月中星微电子公司正式发布数字多媒体芯片“星光五号”，并宣布“星光五
45、号”已经成功实现产业化，被国际知名品牌罗枝、惠普、创新科技、三星、富士通等大量应用。随着国际知名品牌大规模应用“星光五号”，“星光”系列芯片在世界同类芯片中已占据绝对领先的市场份额。这是中国芯片业的历史性突破，标志着中国芯片已经在某些领域进入世界领先行列。北大众志：2003年12月8日，北大众志-863系列的CPU系统芯片由北京大学微处理器研究开发中心研制成功。北大众志CPU系统芯片分别了采用0.25微米和0.18微米的工艺流片。同时在内部集成了32位定点微处理器、64位浮点协处理器，芯片规模达到800万晶体管，为我国最大规模的CPU系统芯片。湖南中芯：2003年10月23日，我国第一片具有完
46、全自主知识产权的数字图像与视频压缩编码解码芯片诞生。万通l号：2003年9月25日，可应用于公共服务、企业用户、校园网、政府机构、家庭及个人用户的芯片诞生。方舟1号：2001年7月8日，在中国专家的鉴定下正式发布。方舟2号：2003年8月11日，海淀区的电子政务领域正式推广使用具有我国自主知识产权芯片的网络计算机。S698：2003年5月，全国首家系统级芯片（SoC）设计平台日前在哈工大微电子中心搭建成功。神州龙芯：20O3年3月5日开始收尾，是从去年推出的32位、266兆赫版本改进而来，它针对的是嵌入系统市场。中国CPU还远远未能在民用市场争得一席之地是我们不得不面对的事实。用在对处理器要求
47、较低的网络计算机、银行、交通监控等领域，因为这些处理器的性能根本就无法与Intel和AMD的处理器在PC或服务器领域一争雌雄。因此，其无法进入主流也是必然的了。这部分市场是CPU市场利润最大的一部分。当然，性能低的处理器在目前还是有它一定的市场的，就如前述应用领域一样。并且这部分市场在Intel和AMD、VIA的处理器研发大厂视线之外，所以这也是给国产处理器一个非常大商业契机，并且随着家电智能化、网络化，这种性能较低，价格低廉的国产处理器的市场前景也还是不错的。但像你我这样的普通市民什么时候能用上我们所说的“中国芯”呢？对于中国CPU市场而言，中国CPU产业危机与希望同在，挑战与机遇并存。对于
48、政府而言，应借鉴世界各国反垄断的先进经验，尽快制定反垄断法，目前要用好政府采购法，进一步规范招投标，奉行“第二供应商”原则，对此我们称之为“规范促竞争”。对于厂商而言，鼓励大力进行技术创新的同时，也要想办法破解Wintel联盟，因此积极发展Linux CPU和嵌入式CPU，建立以我为主的产业联盟也需摆上日程。对此，我们称之为“创新促竞争”。对于用户而言，要积极倡导新一代CPU的TPI标准，倡导锋欺颜咧魁”为主导的先进商业模式，让用户选择真正具有性能价格化的CPU。对此，我们称之为“选择促竞争”。总之，竞争离不开各方面的努力。为此，本报告在介绍国产CPU厂商的努力外，也重点介绍了Intel在全球及中国市场的主要竞争对手AMD近几年的市场发展战略，以使人们对CPU的竞争格局有一个全面的了解。国产CPU虽然实现了群体性崛起，但这还仅仅是万里征程中的第一步。国产CPU的技术本身还有待完善，应用领域还有待丰富，最终能否站稳脚跟，成为信息化建设的主力，还有待市场的检验。毕竟，与世界最先进的水平相比，国
