2.1.4 现代计算机的设计原则（译）

      自第一台RISC机器诞生后20余载，一些有利于计算机设计，指出了当前硬件技术状态的原则逐渐被接受。如果技术上发生了重大变革（比如，一种可以量产的处理器比当前CPU执行内存循环的速度快10倍），一切都要推倒重来。因此计算机的设计者应该时刻关注技术变化，它们有时会影响计算机各个组成部分之间的平衡。

      尽管如此，新一代多功能CPU的设计者会尽力遵循某些设计原则，它们有时被称作RISC设计原则。虽然对某些外部限制，比如向后兼容一些已存在的体系结构，需要不时地做出妥协，但遵循这些原则是大多数设计者努力的目标。下面我们从这些原则中挑一些重要的讨论。

所有的指令都由硬件直接执行

      所有的通用指令都由硬件直接执行。他们不会被解释成微指令。少一层解释给大多数指令提供了更快的速度。对实现CISC指令集的计算机来说，额外的（除了通用指令之外的指令）复杂指令会被分解，然后作为一系列微指令执行。这个额外步骤降低了机器的执行速度，但是对那些不太频繁执行的指令，还是可以接受的。

最大化输出指令的比例

      现代计算机采取了很多小技巧来最大化性能，首先是尝试最大化每秒开始指令的数量。归根结底，如果你能每秒输出5亿条指令，你就构建了一个500-MIPS的处理器，无论完成这些指令需要花费多少时间。（MIPS表示每秒百万条指令。MIPS这个缩略词有两种解释。）本条原则指出，并行在性能提升上扮演重要角色，因为在短时间内输出大量缓慢的指令是完全可能的，只要能同时执行多条指令。

虽然指令总是按照程序的顺序执行，但它们不总是按照程序的顺序输出（因为执行时需要的某些资源可能被占用）并且决不能按照程序的顺序完成。当然，如果指令一设置了一个寄存器并且指令二使用了该寄存器，务必确保指令二在寄存器保存了正确的值之后才读出数据。虽然把这个弄对了需要做许多记录，但是同时执行多条执行确实增加了处理器的性能潜力。

指令应该很容易解码

      在指令流输出时有一个极其重要的限制，就是各自解码来获取它们需要的资源。可以优化这个过程的任何措施都有价值。包括指令的规则化，固定其长度，使用少量的字段。指令之间的格式差异越小越好。

只有读取和存储涉及到内存

      拆分指令最简单的办法就是规定：大多数指令的操作数来自并返回给CPU寄存器。在分解指令时会用到把操作数从内存移动到寄存器的操作。由于连接内存会花费大量时间，产生的延迟也难以预料，如果某些指令除了在内存和寄存器之间移动操作数之外什么也不做，最好把它们和其他指令合并（？）。上述观察意味着只有LOAD和STORE指令可以引用内存。其他所有指令最好只操作寄存器。

提供大量寄存器

      因为连接内存的操作相对耗时，最好提供多一点的寄存器（最少32个），所以一旦取到一个字，在它被遗弃之前都可以放在寄存器里。如若寄存器耗尽，则不得不把它们保存的数据写回到内存里，迟些再重新读取，应当尽可能避免这种惹人厌烦的情况发生。最好的办法就是提供足够多的寄存器。