SPARC微處理器綜述

　　引言

　　SPARC(Scalable Processor ARChitecture)可擴(kuò)展處理器架構(gòu)是SUN公司在1985年提出的體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，它基于1980年到1982年間加州大學(xué)伯克利分校關(guān)于Berkeley RISC的研究成果，并由一個(gè)獨(dú)立、非盈利組織SPARC International[1]負(fù)責(zé)SPARC架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)的管理和開發(fā)認(rèn)證，是國際上流行的RISC(Reduced Instruction Set Computer)微處理器體系架構(gòu)之一。

　　SPARC是開放的，任何機(jī)構(gòu)或個(gè)人均可研究或開發(fā)基于SPARC架構(gòu)的產(chǎn)品，如東芝、富士通、Aeroflex、ESA(Europen Space Agent)等都在此架構(gòu)上開發(fā)出了自己的SPARC微處理器。

　　SPARC微處理器(基于SPARC架構(gòu)的微處理器)的顯著特點(diǎn)就是它的可擴(kuò)展性，從筆記本到超級(jí)計(jì)算機(jī)上的微處理器均可采用SPARC架構(gòu)。1987年由SUN和TI公司合作開發(fā)的微處理器，稱為“Sparc”，是業(yè)界出現(xiàn)的第一款有可擴(kuò)展性功能的微處理器。“Sparc”用于Sun-4 計(jì)算機(jī)中，它的推出為SUN奠定了其在高端微處理器發(fā)展中的領(lǐng)先地位。在服務(wù)器領(lǐng)域，以性能卓越而聞名SUN服務(wù)器采用的就是SPARC架構(gòu);在高可靠嵌入式應(yīng)用方面，國際空間站上的控制計(jì)算機(jī) DMS-R和太空觀測(cè)臺(tái)JEM-EUSO上均使用SPARC微處理器。

　　SPARC架構(gòu)及其微處理器的發(fā)展歷史

　　1987年，SUN發(fā)布了業(yè)界第一款有可擴(kuò)展性功能的32位微處理器“Sparc”。因?yàn)樗捎昧薙PARC 的首款架構(gòu)SPARC V7，所以獲得了更高的流水線硬件執(zhí)行效率和更為優(yōu)化的編譯器，并縮短了其開發(fā)周期，滿足了Sun-4 計(jì)算機(jī)迅速投放市場(chǎng)的要求。

　　由SUN在1985年發(fā)布的SPARC V7是世界上第一個(gè)32位可擴(kuò)展處理器架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，它基于加州大學(xué)伯克利分校的關(guān)于RISC微處理器項(xiàng)目的研究成果，如寄存器窗口結(jié)構(gòu)。V7定義了SPARC體系結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)類型、寄存器、指令、存儲(chǔ)器模型和異常處理，處理器指令字長(zhǎng)是32位。它采用獨(dú)立的指令(SAVE，RESTORE )來進(jìn)行寄存器管理，用LOAD和STORE指令訪問內(nèi)存。

　　1990年，SPARC International發(fā)布了32位SPARC V8架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。它在SPARC V7的基礎(chǔ)上增加了乘法和除法指令，加速乘除法的處理，使得用戶不必使用子程序完成相同操作。

　　為了在本世紀(jì)微處理器發(fā)展上仍具有競(jìng)爭(zhēng)性，SPARC International在1994年發(fā)布了64位SPARC V9架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。相對(duì)于SPARC V8，這一版本的顯著變化在于：數(shù)據(jù)和地址的位寬由32位變到64位，支持超標(biāo)量微處理器的實(shí)現(xiàn)，支持容錯(cuò)及多層嵌套陷阱，具有超快速陷阱處理及上下文切換能力。

　　圖1 顯示了SPARC架構(gòu)及其微處理器發(fā)展歷史。1995年以前，基于SPARC V7或V8架構(gòu)的微處理器種類不多，而且基本上只有SUN一家公司在研制開發(fā)。從1995年以后，基于SPARC V9 架構(gòu)的64位SPARC微處理器日漸豐富，其面向高性能計(jì)算和服務(wù)器的微處理器得到了市場(chǎng)廣泛的接受，如SUN的UltraSPARCT1/T2系列及富士通的SPARC64系列等。

　　隨著基于SPARC V8架構(gòu)的LEON2在2003年的發(fā)布，面向高可靠嵌入式領(lǐng)域(如工業(yè)控制、軍工電子、空間應(yīng)用等)的SPARC微處理器的研制得到了眾多公司的青睞。ESA研制了基于SPARC V7架構(gòu)的ERC32微處理器，ATMEL制造了SPARC V8架構(gòu)的AT697微處理器。