3.指令集之爭

英特爾在微軟的幫助下，在商業(yè)上打贏了對摩托羅拉一戰(zhàn)。在接下來的十年里，它在技術(shù)上又和全世界打了一戰(zhàn)。

當(dāng)今的計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以根據(jù)指令集合分成復(fù)雜指令（cisc）和簡單指令（risc）兩種。一個計算機的程序最終要變成一系列指令才能在處理器上運行。每個處理器的指令集不相同。有些處理器在設(shè)計時候，盡可能地實現(xiàn)各種各樣、功能齊全的指令，這包皮括早期ibm和dec的全部計算機，今天的英特爾和amd的處理器等等。采用復(fù)雜指令系統(tǒng)的處理器芯片的好處是它可以實現(xiàn)很復(fù)雜的指令，但是它存在主要問題有兩個，第一，設(shè)計復(fù)雜，實現(xiàn)同樣的性能需要的集成度高；第二，由于每個指令執(zhí)行時間不一樣長，處理器內(nèi)部各個部分很難流水作業(yè)，處理器會出現(xiàn)不必要的等待。除此之外，還有一個過去不是問題現(xiàn)在是問題的缺陷，就是復(fù)雜指令芯片高集成度帶來的高功耗。

針對復(fù)雜指令的處理器的上述兩個不足之處，八十年代，計算機科學(xué)家們提出了基于精簡指令集的處理器設(shè)計思想，其代表人物是現(xiàn)任斯坦福大學(xué)校長、美國科學(xué)院、工程學(xué)院和文理學(xué)院三院院士軒尼詩（johnhennessy）教授和加大伯克利分校著名的計算機教授派特森（davidpatterson）院士。精簡指令系統(tǒng)只保留很少的常用指令并將一條復(fù)雜的指令用幾條簡單的指令代替。基于精簡指令集的設(shè)計思想是計算機發(fā)展史上的一次革命，它使得計算機處理器的設(shè)計得到很大簡化，同時由于精簡指令集的處理器可以保證每條指令執(zhí)行時間相同，處理器內(nèi)各部分可以很好地流水作業(yè)，處理器速度可以比同時期的基于復(fù)雜指令的處理器要來得快。精簡指令集的處理器包皮括很多工作站的處理器和現(xiàn)在最快的sonyps/3游戲機的微處理器ps/3-cell。

雖然復(fù)雜指令和精簡指令的處理器各有千秋，但是在學(xué)術(shù)界幾乎一邊倒地認(rèn)為復(fù)雜指令集的設(shè)計過時了，精簡指令集是先進(jìn)的。尤其是美國所有大學(xué)計算機原理和計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)兩門課全是用軒尼詩和派特森合寫的教科書。在很長時間里，書中以介紹軒尼詩自己設(shè)計的mips精簡指令芯片為主。同時，ieee和acm系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的論文也以精簡指令為主。英特爾設(shè)計8086時還沒有精簡指令的芯片，否則我想，英特爾很可能會采用這種技術(shù)，而不是復(fù)雜指令系統(tǒng)。而一旦走上了復(fù)雜指令這條不歸路，英特爾為了和8086完全兼容，在以后的80286和80386中必須繼續(xù)使用復(fù)雜指令系統(tǒng)。在八十年代中后期，不少精簡指令的處理器做出來了，包皮括軒尼詩設(shè)計的mips，后來用于sgi工作站，以及派特森設(shè)計的risc，后來用于ibm的工作站。精簡指令芯片的速度當(dāng)時比的復(fù)雜指令的要快得多。

到了八十年代末，英特爾面臨一個選擇，是繼續(xù)設(shè)計和以前x86兼容的芯片還是轉(zhuǎn)到精簡指令的道路上去。如果轉(zhuǎn)到精簡指令的道路上，英特爾的市場優(yōu)勢會蕩然無存；如果堅持走復(fù)雜指令的道路，它就必須逆著全世界處理器發(fā)展潮流前進(jìn)。在這個問題上，英特爾處理的很理智。首先，英特爾必須維護(hù)它通過x86系列芯片在微處理器市場上確立的領(lǐng)先地位；但是，萬一復(fù)雜指令的處理器發(fā)展到頭了，而精簡指令代表了未來的發(fā)展方向，它也不能坐以待斃。英特爾在推出過渡型復(fù)雜指令集的處理器80486的同時，推出了基于精簡指令集的80860。這個產(chǎn)品事實證明不很成功，顯然，市場的傾向說明了用戶對兼容性的要求比性能更重要。因此，英特爾在精簡指令上推出80960后，就停止了這方面的工作，而專心做"技術(shù)落后"的復(fù)雜指令系列。在整個九十年代，工業(yè)界只有英特爾一家堅持開發(fā)復(fù)雜指令集的處理器，對抗著整個處理器工業(yè)。

應(yīng)該講英特爾在精簡指令處理器的工作沒有白花，它在奔騰及以后的處理器設(shè)計上吸取了risc的長處，使得處理器內(nèi)部流水線的效率提高很多。由于英特爾每一種pc機處理器的銷量都超過同時代所有的工作站處理器銷量的總和，它可以在每個處理器的開發(fā)上投入比任何一種精簡指令處理器多的多的研發(fā)經(jīng)費和人力，這樣，英特爾通過高強度的投入，保證了它處理器性能提升得比精簡指令還要快。而在精簡指令陣營，九十年代五大工作站廠家太陽、sgi、ibm、dec和hp各自為戰(zhàn)，每家都生產(chǎn)自己的精簡指令處理器，加上摩托羅拉為蘋果生產(chǎn)的powerpc，六家瓜分一個市場，最后誰也做不大、做不好。到了2000年前后，各家的處理器都做不下去了，或者全部或者部分地開始采用英特爾的產(chǎn)品了。而最早的精簡指令的mips處理器現(xiàn)在幾乎沒有人用了。軒尼詩和派特森作為兩個負(fù)責(zé)任的科學(xué)家，將英特爾處理器加入到自己編的教科書中，以免大學(xué)生們再去學(xué)習(xí) mips這樣的恐龍。

英特爾經(jīng)過十年努力終于打贏了對精簡指令集的處理器之戰(zhàn)。需要強調(diào)的是，英特爾不是靠技術(shù)，而是靠市場打贏的此戰(zhàn)。英特爾的表現(xiàn)在很多地方很值得圈點。首先，英特爾堅持自己系列產(chǎn)品的兼容性，即保證以往的軟件程序肯定能在新的處理器上運行。這樣時間一長，用戶便積累了很多在英特爾處理器上運行的軟件。每次處理器升級，用戶原來的軟件都能使，非常方便。因此大家就不愿意輕易更換其它廠家的處理器，即使那些處理器更快。而其它處理器生產(chǎn)廠家這點做的都沒有英特爾好，它們常常每過幾年就重起爐灶，害得用戶以前很多軟件不能用了，必須花錢買新的。時間一長，用戶就換煩了。第二，英特爾利用規(guī)模經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢，大強度投入研發(fā)，讓業(yè)界普遍看衰的復(fù)雜指令集處理器一代代更新。在九十年代初，英特爾的x86系列和精簡指令集的處理器相比在實數(shù)運算上要略遜一籌。但是，英特爾十幾年來堅持不懈地努力，后來居上，而其它廠商因為各自市場不夠大，每一個單獨的處理器芯片的投入遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如英特爾，因此反倒落在了后面。與其說英特爾戰(zhàn)勝其它廠商，不如說它把競爭對手熬死了。第三，英特爾并沒有拒絕新技術(shù)，它也曾經(jīng)研制出兩個不錯的精簡指令的處理器，只是看到它們前途不好時，立即停掉了它們。第四，英特爾運氣很好，在精簡指令處理器陣營中，群龍無首。這一戰(zhàn)，看似英特爾單挑諸多處理器領(lǐng)域的老大。但是，這幾家做精簡指令處理器的公司因為彼此在工作站方面是競爭對手，自然不會用對手的產(chǎn)品，而且各自為戰(zhàn)，互相拆臺打價格戰(zhàn)，最后，太陽公司和ibm倒是把其他幾家工作站公司全收拾了，但自己也無力和英特爾競爭了，現(xiàn)在這兩家自己也用上了英特爾的芯片。本來，摩托羅拉最有可能一統(tǒng)精簡指令處理器的天下和英特爾分庭抗禮，因為它本身不做工作站，而各個工作站廠商原本都是用它的68000系列處理器，但是摩托羅拉自己不爭氣。原因我們前面已經(jīng)分析過了。