RISC-V架构师从过去指令集设计的错误中吸取的教训
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过去的错误 |
RV32I吸取的经验教训 |
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| ARM-32 (1986) | MIPS-32 (1986) | X86-32（1978） | ||
| 成本 | 必须支持整数乘除法 | 必须支持整数乘除法 | 8 位以及 16 位操作、必须支持整数乘除法 | 无 8 位、16 位操作、可选的整数乘除法支持(RV32M) |
| 简洁性 | 无零寄存器、条件指令执行、复杂的寻址模式、栈操作指令(push/pop)、算术/逻辑指令中存在的移位 | 立即数支持零扩展及符号扩展、一些算术指令会造成溢出异常 | 无零寄存器、复杂的过程调用指令(enter/leave)栈指令(push/pop)、复杂寻址模式、循环指令 | 寄存器x0专门用于存放常数0、立即数只进行符号扩展、一种数据寻址模式、没有条件执行、没有复杂的函数调用指令以及栈指令、算术指令不抛异常、使用单独的移位指令来处理移位操作 |
| 性能 | 分支指令使用条件码、在不同格式的指令中，源和目的寄存器的位置不同、加载多个计算得到的立即数、PC是一个通用寄存器 | 在不同格式的指令中，源和目的寄存器的位置不同 | 分支指令使用条件码、每个指令中最多只能使用两个寄存器 | 使用同一条指令实现比较及跳转（不使用条件码）、每条指令三个寄存器、不能一次load多个数据、不同指令格式中，泊及目的寄存器字段位置固定、立即数是常数（不是由计算得出的）、PC不是通用寄存器 |
| 架构和具体实现 | 将PC像普通寄存器一样读写，这样暴露了流水线长度 | 分支指令延迟槽Load指令延迟槽、乘除法使用单独的HI、LO寄存器 | 寄存器不是通用的（AX，CX，DX，DI，SI有特殊用途） | 分支指令没有延迟槽、Load指令无延迟槽、通用寄存器 |
| 增长空间 | 有限的指令码空间 | 有限的指令码空间 | 大量可用的指令码空间 | |
| 程序大小 | 仅有32bit指令（Thumb-2是作为一个独立的ISA） | 仅32bit指令（microMIPS是作为一个独立的ISA） | 指令长度可用是不同字节，但这是一个很不好的选择。 | 32位指令+16位RV32C扩展 |
| 易于编程/编译/链接 | 仅15个寄存器内存数据必须对齐、不规则的数据寻址模式、不一致的性能计数器 | 内存数据必须对齐、不规则的数据寻址模式、不一致的性能计数器 | 仅15个寄存器中内存数据必须对齐、不规则的数据寻址模式、不一致的性能计数器 | 31个寄存器、数据可用不对齐、PC相对的数据寻址模式、对称的数据寻址模式、定义在加构中的性能计数器 |
RISC-V架构师从过去指令集设计的错误中吸取的教训。通常的教训是避免过去的ISA“优化”。经验和教训按照第一章中提出的七个ISA指标进行分类。在成本，简单性和性能下列出的许多指令集特性可以互换，因为这只是设计的偏好问题，但不管它们出现在哪里，它们都很重要。
摘自《RISC-V-Reader》中文版
审核编辑黄宇
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