DLX指令只出现在CAQA第一版和第二版用作教学之用，其指令助记符基本和MIPS相近，可以理解成MIPS的教学版。从CAQA第三版开始到第五版，DLX消失了，MIPS成为该教材的基础指令系统。

2003年的CAQA第三版终于在10年之后将Alpha指令系统写入了其RISC综述中，毕竟Alpha在业界有很大的影响，一直忽略总不好。如下图所示。

这个表在CAQA的第3-5版中一直没有发生过变化，其实这个表就是RISC的最主要的5个面向台式计算机和服务器计算机的主流RISC指令系统了。按时间顺序先来聊聊Alpha指令系统。

第一版Alpha AXP手册发表于1992年，Alpha是64位指令系统。1993年2月ACM旗舰杂志ACM通讯Communication of the ACM用了整整一期介绍alpha指令系统和相关的软硬件成果，气势宏大。这些文章在1992年已经在DEC刊物Digital Technical Journal的第4期发表过。【1】【2】

首先来看看Alpha指令系统设计的目标，DEC公司毕竟设计了VAX指令系统和PDP-11小型机，所以第4条无可厚非，在alpha指令系统中保留了VAX的浮点格式和一些指令，还要二进制兼容VAX和MIPS指令系统（DEC 用MIPS指令系统设计了个人工作站DECstation），所以动态二进制翻译机制被引入指令系统设计。兼容VAX的操作系统，所以有了PALCode指令。有点复杂了，历史包袱太沉重了。从这里也可以看出Alpha和MIPS的渊源颇深。

关于对高性能的分析，随后文章认为之前15-25年计算机的性能增长了1000倍，那么有理由认为今后20年计算机性能的增长仍然是1000倍。Alpha就是按照这个预想设计的。Alpha预计性能增长中10倍来源于频率、10倍来源于微体系结构（多发射等）、10倍来源于多处理机并行。后两个预测很值得期待和努力，但DEC关于频率的重视有待商榷。Alpha处理器在1990年代就能设计出GHz的处理器了。但到10年后的2003年，频率的增长停止了，Denard等比缩放定律逐渐失效了。到了现在25年后了，最高频率也就4GHz上下。

但是Alpha却为了高频率付出了巨大的指令系统面的努力。其中有一点为了减少Load的访问cache的延时，去掉了自动对齐的功能，如果你访问了非字对齐的字节或者半字，你需要两条指令，一条load接着一条移位指令，如果需要符号扩展，需要三条。

Alpha的寻址模式也只有一种，减少访存指令地址计算的延时，下图是CAQA中的RISC寻址模式比较。

Alpha指令系统体系结构不支持精确例外（Trap）。

所有这一切都是为了更高频率，为了更宽的发射宽度。也更严重的违背了组成无关、微结构无关、timing无关指令系统设计原则（IBM）。 

将一些常见指令和寻址模式拆成更小的指令，用指令序列实现，增加了指令间的强相关，必须要采用更大的动态指令窗口来支持，利用率往往不高。后来Alpha为了提高整体性能追求多线程技术（提高计算资源利用率），最后21564进一步计划支持同时多线程（SMT），而多线程技术又对Cache和主存系统产生更高的要求，然后1990年代末的“存储墙”问题，然后是2000年代中期的“功耗墙”问题。一个又一个不断地打击着那些“极简”的RISC指令系统。

在这个时期，Intel凭借其强大的半导体工艺优势，也染上了频率综合征，Pentium4的流水线竟然20多级，L1 Cache竟然只有4KB。Intel后来和HP联合继续开发EPIC【3】，期望用编译技术来代替超标了的动态指令调度进一步提高频率，强推x86不兼容的Itanium技术，投了上千亿美金，后来就没有后来了，这样的编译太难做了。

2003年AMD推出兼容32位x86的AMD64（x86-64）的Opteron处理器之后，所有曾经的经典RISC处理器都不行了，最后只有IBM的Power v3.0（PowerPC+POWER）指令还有些市场（现在估计也不行了，开放了OpenPower）。Sparc归了Oracle封闭了，DEC被康柏收购后又被HP收购，而最终都被Intel吸收了。

1990年代中期到2000年代中期的“高频率就是高性能”现在看来更多是Intel出于商业竞争的考虑了，笔者不相信Intel不懂高性能不等于高频率这个事实。但用户不懂啊，你看intel的处理器性能就是比AMD的好，频率就是高，所以高频率等于高性能很合理啊。

在CAQA的书中，CPU性能公式一直贯穿前后。性能=1/执行时间=频率 x IPC（每周期完成执行指令数）/ 动态指令总数量。只追求频率而忽视IPC（多发射乱序执行的效率）和动态指令数（代码密度），是要付出历史代价的。

而Intel追求频率，x86是CISC代码密度低，Intel处理器微码最多3读操作数密度也不差，超标量技术其实大家都差不了太多，关键是自己有一堆集成电路芯片加工工厂，工艺技术至少领先1-2代，各种技术可以做纵向整合。所以Intel追求频率当时还是有点硬道理的，但也差点闪了腰，好在及时调整重归x86-64，大谈“高频率不等于高性能”，从此一统江湖。

来看看2001年的综述文章【4】中性能比较图，每MHz的Spec得分Alpha最低，一旦频率进步遇到瓶颈，就全凉了。而增加频率还有另一个缺点就是功耗，power=1/2aCV²f，有文章说电压和频率是相辅相成的，所以功耗的增加大概和频率成3次方的关系，盲目追求频率，功耗增加很大。而影响功耗的封装技术可是几十年变化很小，散热技术也是到这几年才敢大规模用上水冷。

在这方面RISC-V也是比较简单的指令系统，要引以为戒啊，找准定位，不要盲目自大妄想通吃啊。好在RISC-V支持一大堆的扩展指令，可以开发数据并行，而单指令功能比Alpha还是强一些，和MIPS接近。

另外，在Alpha的手册里面有这样一段

与PA-RISC一样，Alpha指令系统也充分认识到了编译-微体系结构协作的重要性，在分支指令、Cache预取和TLB方面设计了丰富的hint机制。这个hint机制我们在设计新时代指令系统时应该重点关注。

【1】Richard, L. S. 1993. "Alpha AXP architecture." Communications of the ACM 36(2): 33-44.

【2】McLellan, E. 1993. "The Alpha AXP architecture and 21064 processor." Micro, IEEE 13(3): 36-47.

【3】Michael S. Schlansker and B. Ramakrishna Rau. 2000. “EPIC: Explicitly Parallel Instruction Computing”. Computer, IEEE 33(2): 37-45.

【4】Ronen, R., et al. and John P. Shen. 2001. "Coming challenges in microarchitecture and architecture." Proceedings of the IEEE 89(3): 325-340.