标题: 人类的 POWER [打印本页] 作者: look_w 时间: 2017-11-18 21:26 标题: 人类的 POWER
最初，每个计算机的中央处理单元（或称为 CPU）都是惟一的。每个 CPU 都有自己的指令集，且与其他 CPU 的指令集不兼容。这种情况的变化要回溯到 1964 年引入 IBM S/360 产品线的电子管年代：突然之间，我们不需要每次新买一台计算机时都丢弃原来的代码并重新设计代码了。现在的 IBM 大型机依然保持着对 1962 年这种革命性的指令集的向后兼容性。IBM 其他的 CPU 产品线也保持着相同的兼容性。
从用户模式来看，PowerPC? 系列处理器对应用提供了完全的兼容性：从最底层的自动交通指示灯到功能强大的 Apple Xserve G5。另外，PowerPC 微处理器还与 IBM 的其他 RISC 处理器产品线 POWER? 和 Star 共用一大组通用指令集，这样就使得这三条产品线保持着“近似”的兼容性。在很多情况中，这等价于二进制兼容；在有些情况中，则意味着需要进行简单的重编译；不论如何，这都意味着程序移植已经是小菜一碟了。
IBM 的四条处理器产品线 -- POWER 体系结构，PowerPC 系列的处理器，Star 系列，以及 IBM 大型机上所采用的芯片 -- 都有一个共同的祖先：IBM 801。
CPU 的族谱
IBM 801 的目标是解决 20 世纪 70 年代很多计算机面临的相同问题：电话呼叫的转换。设计小组的目标是在每个时钟周期内完成一条指令，从而每分钟可以处理 300 个电话。
当时的大部分计算机，例如 IBM S/360 大型机，都有复杂的冗余指令集，我们今天称之为 CISC（复杂指令集计算机）。计算机的趋势是日益小型化，而 1947 年开始的晶体管的变革更加加剧了这一趋势的变化。随着集成电路越来越小，设计人员可以利用更多的空间在芯片中实现更多指令。到 20 世纪 70 年代，芯片的复杂度已经发展到芯片可以实现非常不可思议的事情（例如日益复杂的数字钟表）。但是另外一个事实是芯片执行指令时需要更多的机器时间，这使得 801 项目组无法实现自己的性能指标。
IBM 的 John Cocke 在实现复杂性领域并不是生手，他早就从事于 IBM Stretch 计算机的研究，IBM Stretch 计算机是 IBM 704大型机的一个竞争对手，它的继承者是 ACS （高级计算机系统）；而 704 的继承者是 S/360，二者也是竞争对手。
兼容性设计PowerPC 体系结构的指令集分为三级，称为“books”。Book I 是基本的寄存器和指令集，所有的 PowerPC 实现都通用。Book II 定义了其他一些用户级的功能，这些功能超出了应用软件通常的一些要求。Book III 定义了一些特权操作，特别是操作系统需要的一些特权指令。要了解 PowerPC 体系结构的更详细介绍以及程序员参考手册，请参阅“
他对指令集进行了拆分，并设计了一台只有当时同类计算机一半电路的机器，但是其运行速度却是同类计算机的两倍。快速的核心和更少的电路带来的不仅仅是性能的提升，而且功耗也更少（这对于现在的很多用户来说都是最重要的一个问题），成本也更低。这种体系结构称为 RISC（精简指令集计算机）。有些人喜欢称 RISC 为“load-store”，意思是想强调 RISC 计算机只有 100 多条指令（POWER 体系结构也是如此）。其他的 RISC 计算机并没有采用一套精简指令集，而是采用一组精简过的指令：CISC 的每条复杂指令都被拆分成更小的基本单元，然后再组合起来实现复杂指令的功能。
无论如何，CPU 中的复杂性并没有简单地消失，而是转嫁到编译器中了。为了更好地实现这种功能，John Cocke 不仅成为编译器领域的专家，而且在编译器的优化方面特有专长。他在 RISC 和编译器优化方面的工作为他赢得了很多荣誉，其中包括 1987 年的图灵奖。
就 IBM 801 而言，它从来都没有成为一个电话转换器。相反，IBM 801 后来成为第一个 RISC 芯片，在很多 IBM 的硬件产品中广泛采用 -- 曾经有一段时间，它作为一个微控制器和处理器甚至限制了其竞争对手 IBM 大型机的发展。
RISC 体系结构在工作站和嵌入式市场中很快占据了主导地位，John Cocke 之后又转入其他项目的研究之中。在 20 世纪 80 年代，他有机会在一个后来被命名为“America”的项目中重新提炼 801 的设计，这个项目后来就成为 POWER 系列的芯片。之后的几年中，他甚至在 PowerPC 体系结构的开发中贡献了很大的力量。与 801 类似，PowerPC 也被设计成为可以在任何机器上运行的一个通用微处理器，它在从最高端到最低端的机器上都可以运行。
现在，RISC 体系结构是惟一一种最通用的 CPU，它是很多平台的基础：从工作站到蜂窝电话，从视频游戏终端到超级计算机，从交通指示灯到桌面系统，从宽带调制解调器到自动加油站和防撞系统。甚至 x86 的制造商（他们在相当长的一段时间内都生产 CISC 芯片）也基于 RISC 体系结构研制了他们的第五代和第六代芯片，并将 x86 的操作码转换成 RISC 操作，以保持向后兼容。
POWER
POWER 是 Power Optimization With Enhanced RISC 的缩写，是 IBM 的很多服务器、工作站和超级计算机的主要处理器。POWER 芯片起源于 801 CPU，是第二代 RISC 处理器。POWER 芯片在 1990 年被 RS 或 RISC System/6000 UNIX 工作站（现在称为 eServer 和 pSeries）采用，POWER 的产品有 POWER1、POWER2、POWER3，现在最高端的是 POWER4。POWER4 处理器是目前单个芯片中性能最好的芯片。
801 的设计非常简单。但是由于所有的指令都必须在一个时钟周期内完成，因此其浮点运算和超量计算（并行处理）能力很差。POWER 体系结构就着重于解决这个问题。POWER 芯片采用了 100 多条指令，是非常优秀的一个 RISC 体系结构。
以下对每种 POWER 芯片简单进行一下介绍；
