采访
蒙特利尔西北三百公里的地方有个小镇,小镇很小总人口不到五千人,那里以前是休斯公司的工厂冷冷清清以前根本没多少人,安布雷拉公司后接手后就做为了自己公司的总部。安布雷拉公司进驻在那里后,人才渐渐的多了起来。那个地方也被安布雷拉公司取名为浣熊镇。
爱德森翻了翻手里的资料,他是著名《科学》杂志的资深记者,他今天的目的地就是要去采访安布雷拉公司的老板凌世哲。他手里的那份资料上面写着凌世哲和他创立的安布雷拉公司所有资料,爱德森细细的看着手里的资料,越看越对凌世哲感兴趣,资料上显示凌世哲出生在一个香港的富豪之家,他的,一篇有关于,RISC精简指令集计算机的理论阐述,从此半导体CPU芯片的设计从单一的传统领域设计分为了CISC复杂指令集计算机和RISC精简指令集计算机两个截然不同的方向。
目前现在世界上大部分计算机公司都是CISC阵营的成员,RISC阵营成员目前还只有安布雷拉公司一家,这家公司虽然从事着RISC处理器的生产但同时也生产CISC处理器的开发,比如CE--400(4004)和CE--8000(8008)处理器,目前这两款处理器还没有什么销路,有销路卖得又特别好的还是ARM+1CPU和DIGID影像处理器这两款RISC处理器,就靠着对电脑相机的开放和授权安布雷拉公司仅仅一年的时间就卖掉了总共2000万颗芯片,成为了世界最大的半导体供货商。这种依靠发明一种受市场欢迎的电子产品,然后依靠开放相关技术专利从而销售自己生产的半导体处理器的做法,现在已经被MBA商业学院列为了经典案例放进MBA的商业教材当中。
翻完了手里的资料,爱德森对安布雷拉公司的老板凌世哲充满了极大的兴趣,想跟他聊聊他对现今半导体发展的看法。当他驱车来到浣熊镇的时候,就被眼前那具有强烈视觉冲击力的唐式园林建筑风格给震撼了一把,这是唐式建筑的一大特色雄浑壮丽,每个刚到这里来的人都会被震撼一把。
浣熊镇安布雷拉公司的员工就已经超过了1200名,这还是艾莉森极力压缩人员的结果,不然员工数量会跟多,现在职工小区已经不是凌世哲,然后你的公司生产出来世界上第一种ARM+1和DIGID处理器两款RISC处理器,这两款处理器跟市面上的绝大多数处理器都不相同,请问你是如何想到发明RISC处理器的?”
“要谈这个问题就要说到计算机工作的特性和发展了,计算机运算是靠无数的0、1逻辑判断组合而成。众多0、1组成了复杂的逻辑门,而众多而又复杂的逻辑门有形成了不同的功能电路,调用不同功能电路对数据进行计算,产生不同的指令运算。早期的计算机是很简陋的,比如世界上第一台电子计算机就是用电子管搭建的,后来又出现了晶体管电子计算机。这些早期的计算机简陋功能单一,那个时候是没有什么构架之分的。各行各业不同的运算要求,产生了不用的计算机型号,每一种都对应一个专业的计算领域。比如石油、化工、数学、天文、航空动力等等。
到了六十年代半导体出现后,计算机开始进入集成电路时代,经过这十年的发展,计算机结构开始复杂化,功能逐渐强大,运用面也开始逐渐广泛。为了节约成本,汤特殊行业之外的一般商业机构也能买的起、用的起计算机,一种跨领域的计算机技术开始出现,就是通用计算机,比如DEC公司PDP--8。
一个数学函数,就是一条指令;一个存取动作,也是一条指令。无数的指令叠加,设计到电路之中做成集成电路,这就是处理器。为了满足不同领域的需求,各个公司都针对用户需求,将他们的一个个坚定动作操作,固话为一条条的指令,写入处理器内部电路,指令逐渐复杂起来。这个就是复杂型构架计算机的由来,也就是我在贵杂志《科学》上提到的CISC——复杂指令集计算机。
通用计算机,使用的都是这种复杂构架处理器--CISC。用户编写程序,之间调用助力器内的专用指令,进行组合运用,就可以进行需要的计算处理。将至邻近设计为程序,从数据存储器里调用,不是不可以,但书店哪有集成在处理器内快?
半导体出生到现在已经有十年了,处理器内的叠加的指令也开的越来越多、越来越复杂、各个公司、各种领域、各个不同的用户都试图将自己设计的指令加入处理器,方便他们使用。计算机应用范围的扩大,有加速了这种行为的快速增值。每一条新指令都要设计一个专用的电路,处理器在快速新增的新指令堆积下,慢慢的开始变得不堪承受。这样我就想到了RISC--精简指令集计算机构架,让计算机回归最初的设计初衷。”凌世哲对这些问题早做好了准备,回答起来一点难度都没有。
“那么它们之间又什么区别呢,这两种处理器到底谁更加优秀?”
“要说明这个问题,我首先要明白CPU到底是一个什么东西,CPU说白了不是什么神秘的玩意,它仅仅只是一个执行部件,他之所以能执行,也是因为人们在里面制作了各种攻略的硬件电路,人后在用一定的逻辑让它按照一定的顺序工作,这样就能完成人们给它的任务。简单的说,如果把CPU看做一个人,首先它就要有正常的工作能力(执行能力),然后又有足够的逻辑能力(能明白做事的顺序),最后还要能听懂别人的话(指令集),这样它才能正常的工作。而这些集中在一起就构成了所谓的”构架“,它可以理解为一套“工具”、”方法”和“规范”的集合。不构架之间,工具可能不同,方法可能不同,规范也可能不同,这就造成了它们之间的不兼容———你给一个建筑工程师看厨师的烹饪指南,他当然不知道应该干什么了。
把计算机按照逻辑角度来分类,它们可以被分为两大类,即所谓的“复杂指令集”与“精简指令集”系统,也就是我提出的“CISC”与“RISC”。属于这两种类中的各种架构之间最大的区别,在于它们的设计者考虑问题方式的不同。我们可以继续举个例子,比如说我们要命令一个人吃饭,那么我们应该怎么命令呢?我们可以直接对他下达“吃饭”的命令,也可以命令他“先拿勺子,然后舀起一勺饭,然后张嘴,然后送到嘴里,最后咽下去”。从这里可以看到,对于命令别人做事这样一件事情,不同的人有不同的理解,有人认为,如果我首先给接受命令的人以足够的训练,让他掌握各种复杂技能(即在硬件中实现对应的复杂功能),那么以后就可以用非常简单的命令让他去做很复杂的事情——比如只要说一句“吃饭”,他就会吃饭。但是也有人认为这样会让事情变的太复杂,毕竟接受命令的人要做的事情很复杂,如果你这时候想让他吃菜怎么办?难道继续训练他吃菜的方法?我们为什么不可以把事情分为许多非常基本的步骤,这样只需要接受命令的人懂得很少的基本技能,就可以完成同样的工作,无非是下达命令的人稍微累一点——比如现在我要他吃菜,只需要把刚刚吃饭命令里的“舀起一勺饭”改成“舀起一勺菜”,问题就解决了,多么简单。
这就是“复杂指令集”和“精简指令集”的逻辑区别。可能有人说,明显是精简指令集好啊,但是我们不好去判断它们之间到底谁好谁坏,因为目前他们两种指令集都有各自不同的应用领域,而且都很成功——我设计的CE400和CE8000就是复杂指令集(CISC)的代表(就是后世X86构架的雏形),而ARM则是精简指令集(RISC)的代表,甚至ARM的名字就直接表明了它的技术:AdvancedRISCMachine——高级RISC机。
到了这里你就应该明白为什么RISC和CISC之间不好直接比较性能了,因为它们之间的设计思路差异太大。这样的思路导致了CISC和RISC分道扬镳——前者更加专注于高性能但同时高功耗的实现,而后者则专注于小尺寸低功耗领域。实际上也有很多事情CISC更加合适,而另外一些事情则是RISC更加合适,比如在执行高密度的运算任务的时候CISC就更具备优势,而在执行简单重复劳动的时候RISC就能占到上风,比如假设我们是在举办吃饭大赛,那么CISC只需要不停的喊“吃饭吃饭吃饭”就行了,而RISC则要一遍一遍重复吃饭流程,负责喊话的人如果嘴巴不够快(即内存带宽不够大),那么RISC就很难吃的过CISC。但是如果我们只是要两个人把饭舀出来,那么CISC就麻烦得多,因为CISC里没有这么简单的舀饭动作,而RISC就只需要不停喊“舀饭舀饭舀饭”就OK。这就是CISC和RISC之间的区别。
CISC实际上是以增加处理器本身复杂度作为代价,去换取更高的性能,而RISC则是将复杂度交给了编译器,牺牲了程序大小和指令带宽,换取了简单和低功耗的硬件实现。”
“它们之间有什么优点和缺点嘛?”
“CISC体系的优点:能够有效缩短新指令的微代码设计时间,允许设计师实现CISC体系机器的向上相容。新的系统可以使用一个包含早期系统的指令超集合,也就可以使用较早电脑上使用的相同软体。另外微程式指令的格式与高阶语言相匹配,因而编译器并不一定要重新编写。
缺点:指令集以及晶片的设计比上一代产品更复杂,不同的指令,需要不同的时钟周期来完成,执行较慢的指令,将影响整台机器的执行效率。
RISC体系的优点:在使用相同的晶片技术和相同运行时钟下,RISC系统的运行速度将是CISC的2~4倍。由于RISC处理器的指令集是精简的,它的记忆体管理单元、浮点单元等都能设计在同一块晶片上。RISC处理器比相对应的CISC处理器设计更简单,所需要的时间将变得更短,并可以比CISC处理器应用更多先进的技术,开发更快的下一代处理器。
缺点:多指令的操作使得程式开发者必须小心地选用合适的编译器,而且编写的代码量会变得非常大。另外就是RISC体系的处理器需要更快记忆体,这通常都集成于处理器内部,就是L1Cache(一级缓存)。
爱德森看了那自己的采访记录,又问道:“杰斯特,我可不可以这样来理解,CISC的优势在兼容性和通用性上,而RISC的优势是在特殊的专业领域上?”
“是的,你说的没错,这两种构架的计算机各有各的优点和缺点,要根据不同领域和用户不同的需求采用最合适的计算机,才是最好的。”
“好的,我的采结束了,我能去参观一下你的工厂吗,听说你为牧场设计了一个新的计算机,能带我去看看嘛?”
凌世哲说道:“可以,我这就代你去看看我的新的计算机,它是世界上第一台RISC计算机,我想你一点会大吃一惊的。”说完,凌世哲和爱德森以及安琪尔离开了办公室向工厂走去。