1、微機發(fā)展簡史IEEE的論文 劍橋大學，2004/2/5莫里斯 威爾克斯計算機實驗室劍橋大學第一臺存儲程序的計算開始出現(xiàn)于1950前后，它就是1949年夏天在劍橋大學，我們創(chuàng)造的延遲存儲自動電子計算機（EDSAC）。最初實驗用的計算機是由象我一樣有著廣博知識的人構(gòu)造的。我們在電子工程方面都有著豐富的經(jīng)驗，并且我們深信這些經(jīng)驗對我們大有裨益。后來，被證明是正確的，盡管我們也要學習很多新東西。最重要的是瞬態(tài)一定要小心應付，雖然它只會在電視機的熒幕上一起一個無害的閃光，但是在計算機上這將導致一系列的錯誤。在電路的設(shè)計過程中，我們經(jīng)常陷入兩難的境地。舉例來說，我可以使用真空二級管做為門電路，就象在EDS

2、AC中一樣，或者在兩個柵格之間用帶控制信號的五級管，這被廣泛用于其他系統(tǒng)設(shè)計，這類的選擇一直在持續(xù)著直到邏輯門電路開始應用。在計算機領(lǐng)域工作的人都應該記得TTL，ECL和CMOS，到目前為止，CMOS已經(jīng)占據(jù)了主導地位。在最初的幾年，IEE（電子工程師協(xié)會）仍然由動力工程占據(jù)主導地位。為了讓IEE 認識到無線工程和快速發(fā)展的電子工程并行發(fā)展是它自己的一項權(quán)利，我們不得不面對一些障礙。由于動力工程師們做事的方式與我們不同，我們也遇到了許多困難。讓人有些憤怒的是，所有的IEE出版的論文都被期望以冗長的早期研究的陳述開頭，無非是些在早期階段由于沒有太多經(jīng)驗而遇到的困難之類的陳述。 60年代的鞏固階段

3、60年代初，個人英雄時代結(jié)束了，計算機真正引起了重視。世界上的計算機數(shù)量已經(jīng)增加了許多，并且性能比以前更加可靠。這些我認為歸因與高級語言的起步和第一個操作系統(tǒng)的誕生。分時系統(tǒng)開始起步，并且計算機圖形學隨之而來。綜上所述，晶體管開始代替正空管。這個變化對當時的工程師們是個不可回避的挑戰(zhàn)。他們必須忘記他們熟悉的電路重新開始。只能說他們鼓起勇氣接受了挑戰(zhàn)，盡管這個轉(zhuǎn)變并不會一帆風順。小規(guī)模集成電路和小型機很快，在一個硅片上可以放不止一個晶體管，由此集成電路誕生了。隨著時間的推移，一個片子能夠容納的最大數(shù)量的晶體管或稍微少些的邏輯門和翻轉(zhuǎn)門集成度達到了一個最大限度。由此出現(xiàn)了我們所知道7400系列微機

4、。每個門電路或翻轉(zhuǎn)電路是相互獨立的并且有自己的引腳。他們可通過導線連接在一起，作成一個計算機或其他的東西。這些芯片為制造一種新的計算機提供了可能。它被稱為小型機。他比大型機稍遜，但功能強大，并且更能讓人負擔的起。一個商業(yè)部門或大學有能力擁有一臺小型機而不是得到一臺大型組織所需昂貴的大型機。隨著微機的開始流行并且功能的完善，世界急切獲得它的計算能力但總是由于工業(yè)上不能規(guī)模供應和它可觀的價格而受到挫折。微機的出現(xiàn)解決了這個局面。計算消耗的下降并非起源與微機，它本來就應該是那個樣子。這就是我在概要中提到的“通貨膨脹”在計算機工業(yè)中走上了歧途之說。隨著時間的推移，人們比他們付出的金錢得到的更多。硬件的

5、研究我所描述的時代對于從事計算機硬件研究的人們是令人驚奇的時代。7400系列的用戶能夠工作在邏輯門和開關(guān)級別并且芯片的集成度可靠性比單獨晶體管高很多。大學或各地的研究者，可以充分發(fā)揮他們的想象力構(gòu)造任何微機可以連接的數(shù)字設(shè)備。在劍橋大學實驗室力，我們構(gòu)造了CAP，一個有令人驚奇邏輯能力的微機。7400在70年代中期還不斷發(fā)展壯大，并且被寬帶局域網(wǎng)的先驅(qū)組織Cambridge Ring所采用。令牌環(huán)設(shè)計研究的發(fā)表先于以太網(wǎng)。在這兩種系統(tǒng)出現(xiàn)之前，人們大多滿足于基于電報交換機的本地局域網(wǎng)。令牌環(huán)網(wǎng)需要高可靠性，由于脈沖在令牌環(huán)中傳遞，他們必須不斷的被放大并且再生。是7400的高可靠性給了我們勇氣，

6、使得我們著手Cambridge Ring.項目。精簡指令計算機的誕生早期的計算機有簡單的指令集，隨著時間的推移，商業(yè)用微機的設(shè)計者增加了另外的他們認為可以微機性能的特性。很少的測試方法被建立，總的來說特性的選取很大程度上依賴于設(shè)計者的直覺。1980年，RISC運動改變了微機世界。該運動是由Patterson 和 Ditzel發(fā)表了一篇命名為精簡指令計算機的情況論文而引起的。除了RISC這個引人注目縮略詞外，這個標題傳達了一些指令集合設(shè)計的見解，隨之引發(fā)了RISC運動。從某種意義上說，它推動了線程的發(fā)展，在處理器中，同一時間有幾個指令在不同的執(zhí)行階段稱為線程。線程不是個新概念，但是它對微機來說是

7、從未有過的。RISC受益于一個最近的可用的方法的誕生，該方法使估計計算機性能成為可能而不去真正實現(xiàn)該微機的設(shè)計。我的意思是說利用目前存在的功能強大的計算機去模擬新的設(shè)計。通過模擬該設(shè)計，RISC的提倡者能夠有信心的預言，一臺使用和傳統(tǒng)計算機相同電路的RISC計算機可以和傳統(tǒng)的最好的計算機有同樣的性能。模擬仿真加快了開發(fā)進度并且被計算機設(shè)計者廣泛采用。隨后，計算機設(shè)計者變的多些可理性少了一些藝術(shù)性。今天，設(shè)計者們希望有滿屋可用計算機做他們的仿真，而不只是一臺，X86指令集除非出現(xiàn)很大意外，要不很少聽到有計算機使用早期的RISC指令集了。INTEL 8086及其后裔都與x86密切相關(guān)。X86構(gòu)架已

8、經(jīng)占據(jù)了計算機核心指令集的主導地位。被認為是相當成功的RISC指令集現(xiàn)在的生存空間越來越小了。對于我們這些從事計算機學術(shù)研究的人，X86的統(tǒng)治地位讓我們感到失望。毫無疑問，商業(yè)上對于x86的生存會有更多的考慮，但是這里還有很多原因，盡管我們多么希望人們考慮其他的方面。高級語言并沒有完全消除對機器原始編碼的的使用。我們?nèi)孕枰粩嗵嵝盐覀冏约海何覀儜搰栏竦呐c先前的應用在機器層面上保持兼容。然而，情況也許有所不同，如果Intel的主要目的是為是生產(chǎn)一個好的RISC芯片。有一個已經(jīng)取得了更大的成功，我所說的i860(不是i960,它們有一些不同)。從許多方面來說，i860是個卓越的芯片，但是它的軟件

9、借口不適合在工作站上應用。對于x86取得勝利的最后有一件有意思的事情。直接應用先前x86的實現(xiàn)方式對于滿足RISC處理器的持續(xù)增長的速度要求，是不可能的。因此，設(shè)計者們沒有完全實現(xiàn)RISC指令集，盡管這不是很明顯。表面上，一片現(xiàn)代的x86芯片包含了隱藏實現(xiàn)的部分，好象和實現(xiàn)RISC指令集的芯片一樣。當致命的異常發(fā)生時，X86引入的代碼是，經(jīng)過適當?shù)拇鄹暮?，被轉(zhuǎn)化為它的內(nèi)部代碼并且被RISC芯片處理。對于以上RISC運動的總結(jié)，我非常信賴最新版本的哈里斯和培生出版社的有關(guān)計算機設(shè)計的書籍。請參考特殊計算機體系構(gòu)造，第三版，2003，P146，151-4，157-8IA-64指令集很久以前，Int

10、el 和 Hewlett-Packard引進了IA-64指令集。這最初主要是為了滿足通常的64位地址空間問題。在這種情況下，隨后出現(xiàn)了MIPS R4000和Alpha。然而，人們普遍認為Intel應該與x86構(gòu)架保持兼容，可令人疑惑的是恰恰相反。進一步說，IA-64的設(shè)計與其他所有的指令集在主要實現(xiàn)方式上有所不同。特別的，每條指令它需要附加的6位。這打亂了傳統(tǒng)的在指令字長和信息內(nèi)容的平衡，并且它改變了編譯器作者的原先的大綱。盡管IA-64是個全新的指令集，但Intel發(fā)表了一個令人困惑的聲明：基于IA-64的芯片將與早期的x86芯片保持兼容。很難弄懂它所指的是什么。最新的稱為Itaninu I

11、A-64處理器顯然需要特殊的兼容性的硬件，盡管如此，x86編碼運行的相當慢。由于以上的復雜因素，IA-64的實現(xiàn)需要更大的體積相對與傳統(tǒng)的指令集，這暗示著更大的消耗。因此，在任何情況下，作為常識和一般性的標準，Gordon Moore在訪問劍橋最近開放的Betty and Gordon Moore 圖書館時所反復強調(diào)。在聽到他說問題出現(xiàn)在Intel內(nèi)部也許有所不同，我很不理解。但是我已經(jīng)作好了準備，去接受這樣的事實，我已經(jīng)完全不了解半導體經(jīng)濟學了。AMD已經(jīng)定義了一種64位的與x86更加兼容的指令集，并且他們已經(jīng)取得了進展。這種片子并不是很大。很多人認為這才是Intel應該做的。（在這篇演講稿

12、被提交之前，Intel表示他們將銷售一系列本質(zhì)上與AMD兼容的芯片）更小晶體管的出現(xiàn)集成度還在不斷增加，這是通過縮小原始晶體管以致可以更容易放在一個片子上。進一步說，物理學的定律占在了制造商的一方。晶體管變的更快，更簡單，更小。因此，同時導致了更高的集成度和速度。這有個更明顯的優(yōu)勢。芯片被放在硅片上，稱為晶片。每一個晶片擁有很大數(shù)量的獨立芯片，他們被同時加工然后分離。因為縮小以致在每塊晶片上有了更多的芯片，所以每塊芯片的價格下降了。單元價格下降對于計算機工業(yè)是重要的，因為，如果最新的芯片性能和以前一樣但價格更便宜，就沒有理由繼續(xù)提供老產(chǎn)品，至少不應該無限期提供。對于整個市場只需一種產(chǎn)品。然而，

13、詳細計算各項消耗，隨著芯片小到一定程度，為了繼續(xù)保持產(chǎn)品的優(yōu)勢，移到一個更大的圓晶片上是十分必要的。尺寸的不斷增加使的圓晶片不再是很小的東西了。最初，圓晶片直徑上只有1到2英寸，到2000年已經(jīng)達到了12英寸。起初，我不太明白，芯片的縮小導致了一系列的問題，工業(yè)上應該在制造更大的圓晶片上遇到更多的問題?，F(xiàn)在，我明白了，單元消耗的減少在工業(yè)上和在一個芯片上增加電子晶體管的數(shù)量是同等重要的，并且，在風險中增加圓晶片廠的投資被證明是正確的。集成度被特殊的尺寸所衡量，對于特定的技術(shù)，它是用在一塊高密度芯片上導線間距離的一半來衡量的。目前，90納米的晶片正在被建成。對Murphys定理的懷疑1997年3

14、月，在Cavendish實驗室建立一百周年紀念慶典上，Gordon Moore被邀作為一名演講者。在他演講的過程中，我第一次了解到這樣一個事實，我們可以使得硅芯片既快并且消耗低，從而違反在英國被稱為Murphys 定律或 Sods 定律。Moore說在其它領(lǐng)域你也許不在二者之間做出取舍，但事實上，在硅片上，同時擁有二者是可能的。在網(wǎng)上可得到一本相關(guān)的書籍，Murphy是在美國空軍中從事人體重力加速度研究的工程師。然而在我們的學生時代就已經(jīng)相當熟悉該定律，當時我們對于該定律有個更接近散文的名字而不是上面我們提到的那兩個名字，我們稱為General Cussedness定律。甚至它都曾出現(xiàn)在我們的

15、試卷上。問題是這樣，第一部分是關(guān)于該定律的定義，第二部分是應用該定律解決一道問題。我們的試題是：一、給出General Cussedness定律的定義；二、當一個騎自行車人圍繞著圓做運動時，在任何情況下，考慮到風的因素得到一個平衡公式。單片機芯片每次的縮小，芯片數(shù)量將減少；并且芯片間的導線也隨之減少。這導致了整體速度的下降，因為信號在各個芯片間的傳輸時間變長了。漸漸地，芯片的收縮到只剩下處理器部分，緩存都被放在了一個單獨的片子上。這使得工作站被建成擁有當代小型機一樣的性能，結(jié)果搬倒了小型機絕對的基石。正如我們所知道的，這對于計算機工業(yè)和從事計算機事業(yè)的人產(chǎn)生了深遠的影響自從上述時代的開始，高密

16、度CMOS硅芯片成為主導。隨著芯片的縮小技術(shù)的發(fā)展，數(shù)百萬的晶體管可以放在一個單獨的片子上，相應的速度也成比例的增加。為了得到額外的速度。處理器設(shè)計者開始對新的體系構(gòu)架進行實驗。一次成功的實驗都預言了一種新的編程方式的分支的誕生。我對此取得的成功感到非常驚奇。它導致了程序執(zhí)行速度的增加并且其相應的框架。同樣令人驚奇的是，通過更高級的特性建立一種單片機是有可能的。例如，為IBM Model 91開發(fā)的新特性，現(xiàn)在在單片機上也出現(xiàn)了。Murphy定律仍然在中止的狀態(tài)。它不再適用于使用小規(guī)模集成芯片設(shè)計實驗用的計算機，例如7400系列。想在電路級上做硬件研究的人們沒有別的選擇除了設(shè)計芯片并且找到實現(xiàn)

17、它的辦法。一段時間內(nèi)，這樣是可能的，但是并不容易。不幸的是，制造芯片的花費有了戲劇性的增長，主要原因是制造芯片過程中電路印刷版制作成本的增加。因此，為制作芯片技術(shù)追加資金變的十分困難，這是當前引起人們關(guān)注的原因。半導體前景規(guī)劃對于以上提到的各個方面，在部分國際半導體工業(yè)部門的精誠合作下，廣泛的研究與開發(fā)工作是可行的。在以前美國反壟斷法禁止這種行為。但是在1980年，該法律發(fā)生了很大變化。預競爭概念被引進了該法律。各個公司現(xiàn)在可以在預言競爭階段展開合作，然后在規(guī)則允許的情況下繼續(xù)開發(fā)各自的產(chǎn)品。在半導體工業(yè)中，預競爭研究的管理機構(gòu)是半導體工業(yè)協(xié)會。1972年作為美國國內(nèi)的組織，1998年成為一個

18、世界性的組織。任何一個研究組織都可加入該協(xié)會。每兩年，SIA修訂一次ITRS(國際半導體科學規(guī)劃)，并且逐年更新。1994年在第一卷中引入了“前景規(guī)劃”一詞，該卷由兩個報告組成，些于1992年，在1993年提交。它被認為是該規(guī)劃的真正開始。為了推動半導體工業(yè)的向前發(fā)展，后續(xù)的規(guī)劃提供最好的可利用的工業(yè)標準。它們對于15年內(nèi)的發(fā)展做出了詳細的規(guī)劃。要達到的目標是每18個月晶體管的集成度增加一倍，同時每塊芯片的價格下降一半，即Moore定律。對于某些方面，前面的道路是清楚的。在另一方面，制造業(yè)的問題是可以預見的并且解決的辦法也是可以知道的，盡管不是所有的問題都能夠解決。這樣的領(lǐng)域在表格中由藍色表示

19、，同時沒有解決辦法的，加以紅色。紅色區(qū)域往往稱為紅色磚墻。規(guī)劃建立的目標是現(xiàn)實的，同時也是充滿挑戰(zhàn)的。半導體工業(yè)整體上的進步于該規(guī)劃密不可分。這是個令人驚訝的成就，它可以說是合作和競爭共同的價值。值得注意的是，促進半導體工業(yè)向前發(fā)展的主要的戰(zhàn)略決策是相對開放的預競爭機制，而不是閉關(guān)鎖國。這也包括大規(guī)模圓晶片取得進展的原因。 1995年前，我開始感覺到，如果達到了不可能使得晶體管體積更小的臨界點時，將發(fā)生什么。懷著這樣的疑惑，我訪問了位于華盛頓的ARPA（美國國防部）指揮總部，在那，我看到1994年規(guī)劃的復本。我恍然大悟，當圓晶片尺寸在2007年達到100納米時，將出現(xiàn)嚴重的問題，在2010年達

20、到70納米時也如此。在隨后的2004年的規(guī)劃中，當圓晶片尺寸達到100納米時，也做了相應的規(guī)劃。不久半導體工業(yè)將發(fā)展到那一步。從1994年的規(guī)劃中我引用了以上的信息，還有就是一篇提交到IEE的題目為CMOS終結(jié)點的論文和在1996年月號的Computing上討論的一些題目。我現(xiàn)在的想法是，最終的結(jié)果是表示一個存在可用的電子數(shù)目從數(shù)千減少到數(shù)百。在這樣的情況下，統(tǒng)計波動將成為問題。最后，電路或者不再工作，或者達到了速度的極限。事實上，物理限制將開始讓他們感覺到不能突破電子最終的不足，原因是芯片上絕緣層越來越薄，以致量子理論中隧道效應引起了麻煩，導致了滲漏。相對基礎(chǔ)物理學，芯片制造者面對的問題要多

21、出許多，尤其是電路印刷術(shù)遇到的困難。2001年更新2002年出版的規(guī)劃中，陳述了這樣一種情況，照目前的發(fā)展速度，如果在2005年前在關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域沒有取得大的突破的話，半導體業(yè)將停止不前。這是對“紅色磚墻”最準確的描述。到目前為止是SIA遇到的最麻煩的問題。2003年的規(guī)劃書強調(diào)了這一點，通過在許多地方加上了紅色，指示在這些領(lǐng)域仍存在人們沒有解決的制造方法問題。到目前為止，可以很滿意的報道，所遇到的問題到及時找到了解決之道。規(guī)劃書是個非凡的文檔，并且它坦白了以上提到的問題，并表示出了無限的信心。主要的見解反映出了這種信心并且有一個大致的期望，通過某種方式，圓晶體將變的更小，也許到45納米或更小。

22、然而，花費將以很大的速率增長。也許將成為半導體停滯不前的最終原因。對于逐步增加的花費直到不能滿足，這個精確的工業(yè)上達到一致意見的平衡點，依賴于經(jīng)濟的整體形勢和半導體工業(yè)自身的財政狀況。最高級芯片的絕緣層厚度僅有個原子的大小。除了找到更好的絕緣材料外，我們將寸步難行。對于此，我們沒有任何辦法。我們也不得不面對芯片的布線問題，線越來越細小了。還有散熱問題和原子遷移問題。這些問題是相當基礎(chǔ)性的。如果我們不能制作導線和絕緣層，我們就不能制造一臺計算機。不論在CMOS加工工藝上和半導體材料上取得多么大的進步。更別指望有什么新的工藝或材料可以使得半導體集成度每18個月翻一番的美好時光了。我在上文中說到，圓

23、晶體繼續(xù)縮小直到45納米或更小是個大致的期望。在我的頭腦中，從某點上來說，我們所知道的繼續(xù)縮小CMOS是不可行的，但工業(yè)上需要超越它。2001年以來，規(guī)劃書中有一部分陳述了非傳統(tǒng)形式CMOS的新興研究設(shè)備。一些精力旺盛的人和一些投機者的探索無疑給了我們一些有益的途徑，并且規(guī)劃書明確分辨出了這些進步，在那些我們曾經(jīng)使用的傳統(tǒng)CMOS方面。內(nèi)存技術(shù)的進步非傳統(tǒng)的CMOS變革了存儲器技術(shù)。直到現(xiàn)在，我們?nèi)匀灰揽緿RAM作為主要的存儲體。不幸的是，隨著芯片的縮小，只有芯片外圍速度上的增長處理器芯片和它相關(guān)的緩存速度每兩年增加一倍。這就是存儲器代溝并且是人們焦慮的根源。存儲技術(shù)的一個可能突破是，使用一種

24、非傳統(tǒng)的CMOS管，在計算機整體性能上將導致一個很大的進步，將解決大存儲器的需求，即緩存不能解決的問題。也許這個，而不是外圍電路達到基本處理器的速度將成為非傳統(tǒng)CMOS.的最終角色。電子的不足盡管目前為止，電子每表現(xiàn)出明顯的不足，然而從長遠看來，它最終會不能滿足要求。也許這是我們開發(fā)非傳統(tǒng)CMOS管的原因。在Cavendish實驗室里，Haroon Amed已經(jīng)作了很多有意義的工作，他們想通過一個單獨電子或多或少的表現(xiàn)出0和1的區(qū)別。然而對于構(gòu)造實用的計算機設(shè)備只取得了一點點進展。也許由于偶然的好運氣，數(shù)十年后一臺基于一個單獨電子的計算機也許是可以實現(xiàn)的。附 錄2Progress in Com

25、putersPrestige Lecture delivered to IEE, Cambridge, on 5 February 2004Maurice WilkesComputer LaboratoryUniversity of CambridgeThe first stored program computers began to work around 1950. The one we built in Cambridge, the EDSAC was first used in the summer of 1949.These early experimental computers

26、 were built by people like myself with varying backgrounds. We all had extensive experience in electronic engineering and were confident that that experience would stand us in good stead. This proved true, although we had some new things to learn. The most important of these was that transients must

27、 be treated correctly; what would cause a harmless flash on the screen of a television set could lead to a serious error in a computer.As far as computing circuits were concerned, we found ourselves with an embarass de richess. For example, we could use vacuum tube diodes for gates as we did in the

28、EDSAC or pentodes with control signals on both grids, a system widely used elsewhere. This sort of choice persisted and the term families of logic came into use. Those who have worked in the computer field will remember TTL, ECL and CMOS. Of these, CMOS has now become dominant.In those early years,

29、the IEE was still dominated by power engineering and we had to fight a number of major battles in order to get radio engineering along with the rapidly developing subject of electronics.dubbed in the IEE light current electrical perly recognised as an activity in its own right. I reme

30、mber that we had some difficulty in organising a conference because the power engineers ways of doing things were not our ways. A minor source of irritation was that all IEE published papers were expected to start with a lengthy statement of earlier practice, something difficult to do when there was

31、 no earlier practiceConsolidation in the 1960s By the late 50s or early 1960s, the heroic pioneering stage was over and the computer field was starting up in real earnest. The number of computers in the world had increased and they were much more reliable than the very early ones . To those years we

32、 can ascribe the first steps in high level languages and the first operating systems. Experimental time-sharing was beginning, and ultimately computer graphics was to come along.Above all, transistors began to replace vacuum tubes. This change presented a formidable challenge to the engineers of the

33、 day. They had to forget what they knew about circuits and start again. It can only be said that they measured up superbly well to the challenge and that the change could not have gone more smoothly. Soon it was found possible to put more than one transistor on the same bit of silicon, and this was

34、the beginning of integrated circuits. As time went on, a sufficient level of integration was reached for one chip to accommodate enough transistors for a small number of gates or flip flops. This led to a range of chips known as the 7400 series. The gates and flip flops were independent of one anoth

35、er and each had its own pins. They could be connected by off-chip wiring to make a computer or anything else.These chips made a new kind of computer possible. It was called a minicomputer. It was something less that a mainframe, but still very powerful, and much more affordable. Instead of having on

36、e expensive mainframe for the whole organisation, a business or a university was able to have a minicomputer for each major department.Before long minicomputers began to spread and become more powerful. The world was hungry for computing power and it had been very frustrating for industry not to be

37、able to supply it on the scale required and at a reasonable cost. Minicomputers transformed the situation.The fall in the cost of computing did not start with the minicomputer; it had always been that way. This was what I meant when I referred in my abstract to inflation in the computer industry goi

38、ng the other way. As time goes on people get more for their money, not less. Research in Computer Hardware. The time that I am describing was a wonderful one for research in computer hardware. The user of the 7400 series could work at the gate and flip-flop level and yet the overall level of integra

39、tion was sufficient to give a degree of reliability far above that of discreet transistors. The researcher, in a university or elsewhere, could build any digital device that a fertile imagination could conjure up. In the Computer Laboratory we built the Cambridge CAP, a full-scale minicomputer with

40、fancy capability logic. The 7400 series was still going strong in the mid 1970s and was used for the Cambridge Ring, a pioneering wide-band local area network. Publication of the design study for the Ring came just before the announcement of the Ethernet. Until these two systems appeared, users had

41、mostly been content with teletype-based local area networks. Rings need high reliability because, as the pulses go repeatedly round the ring, they must be continually amplified and regenerated. It was the high reliability provided by the 7400 series of chips that gave us the courage needed to embark

42、 on the project for the Cambridge Ring. The RISC Movement and Its Aftermath Early computers had simple instruction sets. As time went on designers of commercially available machines added additional features which they thought would improve performance. Few comparative measurements were done and on

43、the whole the choice of features depended upon the designers intuition.In 1980, the RISC movement that was to change all this broke on the world. The movement opened with a paper by Patterson and Ditzel entitled The Case for the Reduced Instructions Set Computer.Apart from leading to a striking acro

44、nym, this title conveys little of the insights into instruction set design which went with the RISC movement, in particular the way it facilitated pipelining, a system whereby several instructions may be in different stages of execution within the processor at the same time. Pipelining was not new,

45、but it was new for small computers The RISC movement benefited greatly from methods which had recently become available for estimating the performance to be expected from a computer design without actually implementing it. I refer to the use of a powerful existing computer to simulate the new design

46、. By the use of simulation, RISC advocates were able to predict with some confidence that a good RISC design would be able to out-perform the best conventional computers using the same circuit technology. This prediction was ultimately born out in practice.Simulation made rapid progress and soon cam

47、e into universal use by computer designers. In consequence, computer design has become more of a science and less of an art. Today, designers expect to have a roomful of, computers available to do their simulations, not just one. They refer to such a roomful by the attractive name of computer farm.

48、The x86 Instruction Set Little is now heard of pre-RISC instruction sets with one major exception, namely that of the Intel 8086 and its progeny, collectively referred to as x86. This has become the dominant instruction set and the RISC instruction sets that originally had a considerable measure of

49、success are having to put up a hard fight for survival.This dominance of x86 disappoints people like myself who come from the research wings.both academic and industrial.of the computer field. No doubt, business considerations have a lot to do with the survival of x86, but there are other reasons as

50、 well. However much we research oriented people would like to think otherwise. high level languages have not yet eliminated the use of machine code altogether. We need to keep reminding ourselves that there is much to be said for strict binary compatibility with previous usage when that can be attai

51、ned. Nevertheless, things might have been different if Intels major attempt to produce a good RISC chip had been more successful. I am referring to the i860 (not the i960, which was something different). In many ways the i860 was an excellent chip, but its software interface did not fit it to be use

52、d in a workstation. There is an interesting sting in the tail of this apparently easy triumph of the x86 instruction set. It proved impossible to match the steadily increasing speed of RISC processors by direct implementation of the x86 instruction set as had been done in the past. Instead, designer

53、s took a leaf out of the RISC book; although it is not obvious, on the surface, a modern x86 processor chip contains hidden within it a RISC-style processor with its own internal RISC coding. The incoming x86 code is, after suitable massaging, converted into this internal code and handed over to the

54、 RISC processor where the critical execution is performed. In this summing up of the RISC movement, I rely heavily on the latest edition of Hennessy and Pattersons books on computer design as my supporting authority; see in particular Computer Architecture, third edition, 2003, pp 146, 151-4, 157-8.

55、 The IA-64 instruction set. Some time ago, Intel and Hewlett-Packard introduced the IA-64 instruction set. This was primarily intended to meet a generally recognised need for a 64 bit address space. In this, it followed the lead of the designers of the MIPS R4000 and Alpha. However one would have th

56、ought that Intel would have stressed compatibility with the x86; the puzzle is that they did the exact opposite. Moreover, built into the design of IA-64 is a feature known as predication which makes it incompatible in a major way with all other instruction sets. In particular, it needs 6 extra bits

57、 with each instruction. This upsets the traditional balance between instruction word length and information content, and it changes significantly the brief of the compiler writer. In spite of having an entirely new instruction set, Intel made the puzzling claim that chips based on IA-64 would be com

58、patible with earlier x86 chips. It was hard to see exactly what was meant.Chips for the latest IA-64 processor, namely, the Itanium, appear to have special hardware for compatibility. Even so, x86 code runs very slowly.Because of the above complications, implementation of IA-64 requires a larger chi

59、p than is required for more conventional instruction sets. This in turn implies a higher cost. Such at any rate, is the received wisdom, and, as a general principle, it was repeated as such by Gordon Moore when he visited Cambridge recently to open the Betty and Gordon Moore Library. I have, however, heard it said that