《计算机体系结构：量化研究方法》（Computer Architecture: A Quantitative Approach）是计算机体系结构领域的最经典教材，被称该领域的“圣经”。2017年CAQA出版了第六版，目前国内的英文版和中文版还没有出版。放假一般是重读经典的时间，所以从图书馆借了一本（2019年版），打算细细研读。

由于笔者一直研究指令系统和微处理器设计，所以习惯性的先看目录中关于指令系统的附录部分。CAQA的两位作者John Hennessy和David Patterson是RISC的奠基人，并因此获得2018年的图灵奖。作者在书中特别重视RISC指令系统的系统性讲述。附录A主要介绍指令系统的设计原理，附录K主要给出主流指令系统的综述，附录G和H分别介绍向量机和超长指令字VLIW。附录K/G/H，需要从网上下载电子版，所以一般读者可能不太关心。

第六版在指令系统相关部分做了很大的改动，而CAQA的第三、四、五版中的这部分内容几乎没有变化。为什么出现这种变化呢？CAQA第六版和第五版在指令系统部分中有几个主要的不同：

1. RISC-V替代MIPS成为全书的基础指令系统，作者在附录A.9节介绍RISC-V时写了如下一段话。“RISC-V建立在30年的RISC架构经验基础之上，并“清理”大部分短期杂质和疏忽，从而形成一个实现起来更容易、更有效的架构。”由此可见作者对RISC-V的推崇。

2. 在附录K的指令系统综述部分，服务器/桌面指令系统中增加了ARMv8指令系统。去掉了ALPHA和PA-RISC的内容，用POWER指令系统替代了PowerPC。对此，作者写了一段话“还有另外两个历史上的重要RISC处理器几乎与上面列表中的相同：DEC Alpha处理器，由DEC在1992年至2004年制造，几乎与MIPS64相同。 HP公司的PA-RISC是于1986年至2005年生产的，然后被Itanium取代。 PA-RISC与Power指令系统最密切相关，后者源于IBM Power设计，它本身就是IBM 801的后代。”这一定程度上说明，作者认为ALPHA、PA-RISC和PowerPC已经退出了历史的舞台。

3. 在附录K中嵌入式指令系统部分，去掉了ARMv4、Thumb、SuperH和M32R，增加了RISC-V的RV64GC，保留了MIPS和Thumb-2（ARMv8e的前身）。

这种变化激发笔者找来CAQA所有的版本，从1990年第一版开始，到了2017年第六版了，回顾这进30年的6个版本，我们可以一定程度的看出指令系统发展的历史和兴衰。下图总结了6个版本涉及的指令系统。

图中蓝色的是70年代的CISC指令系统，CAQA的6个版本都介绍了，第二版比较特殊没有详细介绍这些CISC指令系统细节。白色的是80-90年代的RISC指令系统，其中灰色打叉的表明某指令系统从该版的CAQA中删除了。M88000和i860只出现在第一版，DLX作为CAQA第一版和第二版的基础指令系统是专门为这本书而设计的，从第三版开始被MIPS取代。从2003年第三版到2012年第四版，一直是MIPS作为基础指令系统贯穿全书。金色的是2010年后出现的指令系统，x86指令系统40年来一直在不断的扩充，每一次更新都可以视为新指令系统。从第四版开始增加对VLIW和EPIC的介绍。当然，变化最大的是最新的第六版，很多曾经的经典成为历史。

笔者从维基百科中找到了超级计算机（过去叫巨型机）的处理器分布，也能反映每个时代的主流处理器和指令系统，与CAQA中的数据也有一定的呼应。从下图可以看到，90年代中期到2000年中期，RISC处理器是超级计算机和服务器、工作站的主流处理器，MIPS、SPARC、PA-RISC、ALPHA、POWER等等，此消彼长，百家争鸣，百花齐放。2000年代初期IA-64/EPIC（Itanium）曾经辉煌一时。而2000年代中期到现在，几乎全部是x86-64的天下，Power处理器仍然占有一定份额（CAQA中POWER替换了PowerPC的原因）。

以上这些数据能揭示指令系统设计和处理器发展的那些内在因素呢？成功的、长寿的的指令系统需要哪些特质呢？这需要首先回顾微处理器指令系统的发展历史，总结所有著名指令系统的设计目标和特色，提炼出设计指令系统所需考虑的特性。然后从未来的工艺技术发展和应用需求出发，讨论指令系统设计问题。这是要在x86和ARM已经成为事实上的指令系统标准并牢牢占领各级处理器市场，在开放的RISC-V异军突起并在物联网、领域专用加速器等领域攻城略地的背景下开展的讨论。

回想起2017年中科院包云岗研究员提出的关于指令系统的问题“中国是否应该再次考虑推行指令及国家标准？是基于开放指令集RISC-V，还是重新设计一套指令集？”。【1】

笔者希望讨论的问题是“未来AI+IoT+5G的时代，未来体系结构新黄金时代，新时代是否需要全新的指令系统？RISC-V指令系统是否足够了？新时代的指令系统应该如何设计？”