摘要：在信息化时代背景下，计算机技术的发展更加成熟，在各个领域的应用也更加普及，此时深入研究计算机体系结构发展与技术相关问题，能够更好的促进计算机技术水平的提升，促进以计算机技术为依托的各行业更为迅速的发展。本文就以计算机体系结构发展以及相关技术问题进行相关探讨。
关键词：计算机体系结构；发展；技术问题
引言
从计算机发展的整体情况来看，其主要包括两个阶段，分别是串行阶段与并行阶段。并行阶段是计算机结构发展的更高层次，建立在串行阶段基础上，促进了多组处理单位的相互协调和调度，同时也完成了相关数据的处理。随着时代的发展和技术的进步，计算机体系及结构还会呈现出更加多元化的问题，于是相应的技术问题也会越来越多，下文就对此进行几方面研究。
1计算机体系结构的现状
人们的沟通以及工作的效率因为计算机技术的发展得到了很大程度上的提高。在现代的微处理器中，大体上可以将其体系结构分成两大类，这两大类分别是：基于CISC的体系结构以及基于RISC的体系结构。基于CISC的体系的芯片有x86（intel）；基于RISC的体系的芯片有power pc、sparc、ARM等等。无论是哪一种结构，人们在设计芯片的时候，都会注重以下几个方面的问题：
1.1计算机最重要的功能就是在处理数据等方面，所以计算机的计算处理速度是计算机性能的一个非常重要的指标。计算机的体系结构会在很大程度上决定计算机的处理速度，当然处理速度还与许多其它因素有关：硬件结构、制作工艺等等。对于RISC，其处理速度很快，这是因为它采用的是流水线技术，同时能够直接完成指令的硬件译码，以ARM芯片为例，其最大的特点，就是能够大幅提高处理器的运行速度，其关键技术采用的就是流水线操作，也就是在一个时钟周期中能够完成多条指令。与复杂指令集CISC相比，以RISC为架构体系的ARM指令集则具有统一的格式，种类少、寻址方式少，总结来说，以RISC为架构的芯片体系，体积校、耗能低，性能好。而CISC，由于其硬件本身的复杂度就足够高，因此也就表明会有更高的处理速度，但同时其功耗较大，难于控制。
1.2CISC能够支持比较高级的计算机语言，而RISC却只能够支持一些精简指令集以及它们的组合。但是这并不意味着RISC没有优势，其能够通过对高级语言的优化编译，实现对高级语言的支持。对于以上描述的两个目标，人们普遍希望计算机的运算速度越高越好，同时更加希望计算机能够直接支持高级语言，从而使得人们开发计算机相应软件时更加方便快捷。
2.基于CISC的体系结构以及基于RISC的体系结构比较
基于以上计算机结构发展现状可知，现阶段我国计算机主要两个主要结构类型，分别是基于CISC的体系结构以及基于RISC的体系结构。下面就对这两种结构进行几点比较分析：
2.1两者具有不同的实现方式。使用这种存储结构主要是为了适应CISC自身所具备的相对比较高端的指令语义，持续时间比较长的指令时间，从而能够达到数据和指令有效合一。而相较于CISC，RISC在存储结构中所追求的是促使数据和指令之间的分离，主要是由于使用具有逻辑性的硬布线方式，以及调取指令的频率比较高。
2.2具有不同的编译器要求。将CISC和RISC两者进行比较，影响两种结构体系的计算机效率最重要的因素就是时钟的频率和编译器。其中的编译器对RISC所起的作用更重大。市场相关计算机技术的发展更加需要CISC的参与，主要是由于其自身相较成熟的技术水准。但是目前，两种体系结构是并存发展的，都着不同的适用系统，也都有或大或小的缺点。RISC的逻辑硬布线没有一个明确的定位，但是随着现代计算机技术的快速发展，RISC结构体系增加了很多的功能，能够分支预测，在超标量的情况下进行系统执行。
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2.3两种体系结构具有不同的设计思想。人们一般会通过测量计算机执行程序需要的时间，确定计算机执行程序的速度。而想要使计算机执行速度得到良好的提升，需要从以下几点入手：第一，将各个小的指令所执行的时间减少；第二，增强其中一些相对来说重要的指令的语义级别；第三，对计算机执行速度起最关键的作用是尽可能的提高主频，因此，通过良好的方式实现主频的提高。RISC相较于CISC体系所使用的指令复杂系数不高，指令语义相对简单，并且大多数呈现出来的都是单周期，适合使用逻辑硬布线的方式。
3.体系结构存在的相应问题
现代计算机的发展历程中凝聚了世界各地计算机领域专家的心血和精力，从而形成今天体系完整，结构精良的现代计算机。其中著名的冯诺依曼结构中所体现出来最重要的三点：存储模型，二进制和在特定时段能够将多个操作串联起来的指令。二进制目前依旧是计算机中不可替代的体系结构，所具备的功能能够良好的满足人们的需求，但是，专家希望能够在以往这种存储模式中进行突破，但是就目前而言，即使各种先进的理论与技术进行结合都无法实现存储模式的创新。即使在著名的冯诺依曼理论之上，依旧没有实现在某一操作流程中就能够进行大量的计算。
4.计算机体系结构发展趋势
4.1多线程体系。多线程技术结合了指令级现场交换与顺序调度技术，属于数据流模型与冯•诺伊曼控制流模型的集合。一组静态排序的指令序列被成长为线程，并且一条指令开始执行的时候，后续指令会连续不断执行。调度的基本单位是线程，多个线程可以并行执行，可以达到提高并行度并互相隐藏延迟操作的效果。另外，多线程是为了同步完成多项任务，不是为了提高运行效率，而是为了提高资源使用效率来提高系统的效率。线程是在同一时间需要完成多项任务的时候实现的。
4.2VLIW体系。VLIW体系主要是在编译器的作用下将众多个零散的操作集合到一个大的指令当中。VLIW体系和超标量之间有很多类似的方面，具体表现在都能够克服flynn提出的挑战，而不相同的点体现在在同时进行众多操作时，发出指令的来源不同，超标量是由芯片来完成指令的发出，而VLIW则是通过编译器来实现。根据以上几点，究其实质，VLIW体系是特殊形式上的超标量，但是它基础来源是编译器亦或是软件。VLIW体系发出指令是通过微处理器调度相应的代码。所体现出来的优点是：有效降低了软件自身的复杂程度，在简单便捷的情况下有效强化了处理器的性能。而降低硬件的复杂程度最突出优点就是促使时钟的速度具有大幅度的提升。
4.3单芯片多处理器体系。随着人们在VLSI工艺上的使用程度加强，就会自然的产生生产具有单芯片的多处理体系想法。单芯片上所能聚集的晶体管的数量取决于其具体的制作工艺。制作工艺的精良程度与晶体管的聚集数量是成正比的，制作工艺水平越高，晶体管的数量就越多。而单芯片的多处理器体系相对于其他的体系最为明显的优势就是制作工艺复杂程度很低，并且伸缩性能良好，并且对于单处理器结构的要求标准并不高，因此，需求范围也就非常广，是实用程度比较高的技术。
结束语
近些年，计算机技术发展极为迅速，其在各领域所发挥的作用以及所获得的成绩，是社会各界有目共睹的。可以说，计算机技术的高度普及和发展，已经彻底改变了人类社会的生产与生活方式，促使人类社会步入了一个新纪元。在这信息化的时代里，计算机技术大大提高了人们的工作效率与生活节奏，也为人们提供着各种各样的便利。从现代计算机微处理器的类型来看，其体系结构包括两大类，分别是：基于CISC的体系结构以及基于RISC的体系结构。本文主要针对这两种类型结构的现状，两种类型体系结构的对比、体系结构存在的相应问题、计算机体系结构发展趋势等四个方面进行了分析，希望能够能够为计算机体系结构发展有所助力。
参考文献
[1]浅谈计算机系统结构的发展[J].何志超.信息通信.2015(05)
[2]计算机体系结构的统一模型综述[J].苏丹.知识经济.2011(10)
[3]计算机体系结构的发展及技术问题探讨[J].肖朝晖.信息化纵横.2014(12)
论文作者:黎自贤
论文发表刊物:《基层建设》2017年第36期
论文发表时间:2018/3/28
标签：体系结构论文; 计算机论文; 指令论文; 体系论文; 结构论文; 芯片论文; 技术论文; 《基层建设》2017年第36期论文;