反對(duì)采用微碼的案例 - 處理器種群及種群設(shè)計(jì)錯(cuò)誤詳解

　　微碼還具有若干缺點(diǎn)：

　　·與具有較為簡(jiǎn)單的ISA的機(jī)器相比，低端中間ISA機(jī)器的性能常常非常差，因?yàn)橹虚gISA機(jī)器的分層常常證明并不是最優(yōu)化地使用計(jì)算資源。

　　·與針對(duì)真實(shí)的目標(biāo)機(jī)器能夠?qū)崿F(xiàn)的根本簡(jiǎn)單的ISA的編譯器相比，在中間ISA上生成代碼的編譯器無(wú)法做到同一程度的最優(yōu)化。對(duì)編譯的最優(yōu)化只能在兩個(gè)獨(dú)立的層面上完成。瞄準(zhǔn)一個(gè)家族中直接實(shí)現(xiàn)中間ISA的高端處理器的HLL編譯器無(wú)法為該家族中的低端處理器進(jìn)行最優(yōu)化，除非為它們做特別的修改，這樣會(huì)打消它們的一些優(yōu)點(diǎn)。

　　·為了滿(mǎn)足若干不同的語(yǔ)言的要求，一種針對(duì)若干不同ISA的機(jī)器可能結(jié)合不穩(wěn)定的設(shè)計(jì)折中，從而為所有的目標(biāo)語(yǔ)言提供差的性能。

　　·微碼編譯器、翻譯器或生成器(把固定的中間ISA翻譯為根本的目標(biāo)、簡(jiǎn)單的ISA)可能極度簡(jiǎn)單或者難以適應(yīng)，因?yàn)樗⒉淮蛩泐l繁地運(yùn)行。此外，微碼可能難以改變，特別是如果被存儲(chǔ)在ROM之中的話(huà)(當(dāng)然一些機(jī)器在片上RAM存儲(chǔ)的部分微碼允許改變)。

　　中間ISA概念的一些領(lǐng)先的支持者把它們具體表達(dá)在Burroughs處理器中 (如上所述)，但是，在文獻(xiàn)中可以發(fā)現(xiàn)許多其它的努力，由多年來(lái)構(gòu)建的許多不同的微可編程計(jì)算機(jī)的可用性來(lái)支持。Carlson2討論的一種微編程 Fortran計(jì)算機(jī)代表了Fortran語(yǔ)言的接近直接實(shí)現(xiàn)，并且僅僅需要一個(gè)簡(jiǎn)單的翻譯器，此外，他還討論了一種微編程的EULER處理器(EULER是Algol 60的變種)。Hassitt、Lageschulte和Lyon3討論的APL機(jī)器就采用了微編程。

　　在上世紀(jì)80年代，F(xiàn)lynn4調(diào)查了許多架構(gòu)方法，其中，包括微碼概念，并試圖定義直接執(zhí)行HLL的理想的語(yǔ)言機(jī)器。Moulton5研究了 支持HLL編譯和執(zhí)行的微編程及其的一般設(shè)計(jì)。在用微編程支持的許多其它HLL當(dāng)中(見(jiàn)前一節(jié)更多的討論)有LISP6和Prolog7?？赡苷f(shuō)明這一概 念的最早代表就是Burroughs機(jī)器的B1700/1800系列，它支持面向Cobol、Fortran和RPG8的中間ISA。最近，我們已經(jīng)看到 這一方法的元素被用于解釋方法之中，如具有P代碼的Pascal和具有其虛擬機(jī)的Java;盡管具有足夠的動(dòng)機(jī)來(lái)改善性能并且經(jīng)過(guò)足夠的時(shí)間，但是，這些 語(yǔ)言的固有編譯器仍然會(huì)出現(xiàn)。在任何情況下，這些方法可能不必要采用在現(xiàn)代處理器上的微碼。

　　過(guò)去殘留下來(lái)的概念

　　你可能會(huì)推想，上世紀(jì)80年代VLSI的出現(xiàn)已經(jīng)縮減了微編程。的確，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)微處理器ISA的出現(xiàn)，那些ISA的多個(gè)世代的實(shí)現(xiàn)，以及利用現(xiàn)代IC制造工藝可用純晶體管數(shù)的增加，似乎已經(jīng)減少了微碼方法的應(yīng)用。然而，這一技術(shù)的幾個(gè)發(fā)育不全的殘跡已經(jīng)在最近幾年浮出表面。例如，在上世紀(jì)80年代末，Unisys推出了所謂的單芯片A系列主機(jī)處理器(SCAMP)9，其中結(jié)合的相對(duì)低端的RISC處理器類(lèi)似于該公司在小型、低端的A3和A4主機(jī)上采用的處理器，它里面采用的幾百K微碼就是沿用從上世紀(jì)50年代以來(lái)在最初的B5000出現(xiàn)時(shí)所采用的Burroughs "E-model"指令集。SCAMP被用于"Micro-A"計(jì)算機(jī)，在此，SCAMP芯片利用許多微碼ROM芯片被匯編至2英寸×2英寸的多芯片模塊之中。

　　這一方法的另一個(gè)有趣的遺跡以及這一問(wèn)題的一個(gè)反例就是在從AMD K610開(kāi)始的、現(xiàn)在的奔騰級(jí)處理器之中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。在這些處理器中，以前x86處理器世代的CISC指令利用RISC指令集實(shí)現(xiàn)。處理器的指令解碼單元把CISC指令分解為RISC操作，然后，匯編并把這些更為簡(jiǎn)單的操作按組流出至處理器的并行執(zhí)行單元。它并不是嚴(yán)格的微碼，但是，它在一定程度上明顯從微碼而來(lái)。

　　這種設(shè)計(jì)方法還減輕了為更新的處理器創(chuàng)建新的CISC指令。它創(chuàng)建了一種混合CISC/RISC架構(gòu)。顯然，微架構(gòu)/微碼機(jī)器仍然具有一定的作用和位置，它隨著半導(dǎo)體技術(shù)和處理器架構(gòu)的不斷演化而興衰?；蛟S，這一蜥蜴類(lèi)家族樹(shù)的遺跡將在當(dāng)今更為敏捷的哺乳類(lèi)機(jī)器上延續(xù)下去。

　　盡管依然存在一些中間ISA的殘留應(yīng)用，如上所述，微碼已經(jīng)證明在進(jìn)化上走入了死胡同，因?yàn)樗蝗缰苯佑糜布咝У貓?zhí)行一個(gè)ISA。一旦硬件電路豐富，微碼的硬件效率就會(huì)由它的執(zhí)行低效而超越。在當(dāng)今的處理器設(shè)計(jì)中，讓大量比較簡(jiǎn)單的機(jī)器通過(guò)微碼仿效更為復(fù)雜的機(jī)器顯然應(yīng)用不廣泛，盡管存在偶然的例外。新的編程語(yǔ)言常常最初通過(guò)比較簡(jiǎn)單的中間表示法進(jìn)行解釋?zhuān)?，如果該語(yǔ)言普及并且如果性能成問(wèn)題，那么，不可避免地會(huì)出現(xiàn)針對(duì)“裸金屬”處理器的有效的編譯器，因此，仍然需要采用微編程。