PowerPC

由来

　　1975年,IMB 公司 801 小型计算机工程在 RISC机体系结构方面做了许多开创性试验。801 计算机与贝克莱大学的 RISC 处理器引起了 RISC 机革新运动,然而801 计算机仅仅是一个用来演示某种概念的原型机。

　　801工程的成功致使 IBM 公司开发一种商业的RISC 工作站产品,这就是 RT PC。RT PC 于 1986 年诞生,它采用了 801 的体系结构概念,成为一个实际产品。RT PC 未获得商业成功,它有许多性能相当或更好的竞争产品。1990 年IBM 公司在总结了 801 和RT PC 两产品经验教训的基础上生产了第3 个产品即IBM RISC SYSTEM/ 6000。它是一个类似 RISC 的超标量计算机,市场定位是高性能工作站。此产品推介后不久,IBM 公司开始把这种计算机称为 Power 结构。

　　1991 年,IBM 公司与 MOTOROLA 公司(摩托罗拉公司,6800 系列微处理器开发商) 、苹果公司(该公司将MOTOROLA 芯片装入 Macintosh 计算机) 结成联盟,出产了一系列用 PowerPC 结构实现的系列计算机,以争抗 x86 处理器所占有的压倒优势的市场。

　　这种结构源于 Power 结构,并做了改动(包括消除故障,增加原先缺少的关键技术特色,去除某些指令,放宽技术条件) ,从而实现了更高的执行效率。到1995年初,PowerPC 系更机有四个产品先后问世。

　　·601 　第 1 个 PowerPC 产品。它的目标是让PowerPC 结构尽快地占领市场,601 是 32 位计算机。

　　其时钟速度可达80MHz ,每个时钟周期可执行3 条指令。

　　·603 　设计目标是低端台式机,便携机和膝上机,它也是 32 计算机,性能与 601 相当,但价格低并且执行效率更高。它的时钟速度为 80MHz ,每个时钟周期执行两条指令,适用于低能耗要求的计算机。

　　·604 　设计目标是台式计算机和低端服务器,也是32 位计算机,但是 604 使用了更先进的超标量设计技术, 以获取更高的性能。604 的时钟速度为100MHz ,每个时钟周期可执行4 条指令。

　　·620 　设计目标是高端服务器。PowerPC 系列机中的第1 个使用全 64 位结构的产品,它包含 64 位寄存器和64 位数据通路。

　　PowerPC 是三家公司联盟推出的系列微处理器产品。尽管 PowerPC 产品都具有基本一致的体系结构,但是具体规格型号却与制造公司有关,由制造公司决定。一般而言,IMB 公司生产的 PowerPC 芯片有 PPC 的简称,MOTOROLA 公司生产的 PowerPC 芯片有MPC 的简称。例如,Motorola MPC620 时钟速度为125MHz ,每个时钟周期可执行4 条指令,它是个采用真正64 位地址总线的 PowerPC 微处理器,性能指标大大优于同时期的 Pentium 芯片。

结构特点

　　双处理器结构既提供了程序运行的通用处理器,又提供了用于通信用处的特殊通 信处理器(CPM).

　　32 位 PowerPC 结构特点

　　32 个 32 位通用寄存器 ( GPRs )

　　寄存器支持用户级指令集 (不包括浮点指令),包括 integer exception register (XER ),condition register(CR),link register(LR),counter register ( CTR )

　　时间加减及寄存器

　　管理级寄存器,与 PowerPC 定义兼容

　　Configuration-----Machine Status Register ( MSR )

　　Exception model-----Save/restore registers 0 and 1 (SRR0 and SRR1), DSI status register ( DSISR ), data address register ( DAR )

　　PowerPC 减量器

　　PowerPC 时基和 实时时钟（RTC）

应用现状

　　PowerPC 是由Apple 公司、IBM 公司和 Motorol公司组成的联盟(简称为 AIM) 共同设计的。PowerPC 是一种 RISC 多发射体系结构。自从 1992 年 1月推出个 PowerPC 601 产品以来至今已形成了一个完整的处理器产品系列。应用领域涉及便携机、工控机、PC 机、工作站、服务器以及多处理器半行系统。PowerPC 微处理器的性能与同期的 Pentium 芯片相当但价格便宜,直到目前为止, PowerP仍然是 X86 芯片的强劲对手。

发展前景

　　综观八年来 PowerPC 的发展历程可以看到:

　　PowerPC 是一个成熟的高性能处理器体系结构,技术上与 Pentium 处理器旗鼓相当,有着独特的优势尤其是进年来的新进展(铜连接,绝缘体硅,AltiVec)带突破性质,代表了下一代微处理器的发展方向,应当引起我们的注意。事实上,许多国际大公司已经意识到 PowerPC 的新技术发展更具有很大的市场价值意义,纷纷采取了有利于身身利益的对策。

　　从以下事件可以使我们对这一点看的更清楚。

　　(1) 1997 年初微软公司宣布,该公司的手持式PC Windows CE 操作系统将能在 Motorola 公司的PowerPC 芯片上运行。

　　(2) 1999 年初 Motorola 公司起诉 Intel 公司,指控这家世界的芯片制造商挖走其 PowerPC 芯片设计中心工程师的行为盗窃了该公司的商业机密Motorola 称,Intel 至少雇用了 15 名该公司在 Austin的 Somerset 设计中心从事设计 PowerPC 芯片的工程师。

　　(3) 1999 年 9 月 Cisco 公司推出的多协议路由器1750 采用了Motorola MPC860T PowerQUICC 嵌入1111式微处理器,运行频率为48MHz。

　　国内方面,几年前我国在 PowerPC 应用和研究上取得一定的进展。例如:

　　(4) 1996 年10 月29 日,银河 - S4/ 100 超级服务器计算机系统研制成功,在长沙通过国防科工委主持的技术鉴定。该系统采用开放式的共享主存多处理机SMP 体系结构,其核心是 4 个高性能的 PowerPC604 微处理器。

　　(5) 曙光信息产业有限公司和国家智能计算机研究开发中心开发出基于 PowerPC 芯片的曙光天演系列工作站、服务器、Internet 网络服务器和 HA 高可靠容错系列机,这些产品在1996 年 4 月召开的“国家863 十年成果汇报展”上,受到广泛关注。

　　但是近两年以来,国内在应用 PowerPC 方面因操作系统不兼容和市场规模较小的原因,没有大的进展,实际上放弃了对 PowerPC 微处理器新产品的应用。

　　结合各方面的信息,笔者作出这样的预测:从全球处理器市场角度出发,PowerPC 处理器在高端服务器图形工作站、台式机、客户机、便携机、工控机方面拥有成熟的产品、大量的用户和一定的市场占有率,PowerPC 体系结构处理器的后继科技投入起点高,水平高资源大,具有突破性质,今后二三年内 PowerPC 的应用面和市场场占有率会有一个增加的变化。

　　鉴于 PowerPC 有较高的性能价格比,适用于嵌入式应用系统,加上 PowerPC 应用具有平台独立的特点,在安全性有一定的可取之处(我们注意到 Pentium 的新产品 - Pentium Ⅲ因片内系列号有碍安全的缘故被政府限制使用) ,建议有关部门(特别是工业控制设备制造部门)今后关注 PowerPC 的发展,加大应用 PowerPC 的力度