最初，每個計算機的中央處理單元（或稱為 CPU）都是惟一的。每個 CPU 都有自己的指令集，且與其他 CPU 的指令集不兼容。這種情況的變化要回溯到 1964 年引入 IBM S/360 產(chǎn)品線的電子管年代：突然之間，我們不需要每次新買一臺計算機時都丟棄原來的代碼并重新設(shè)計代碼了。現(xiàn)在的 IBM 大型機依然保持著對 1962 年這種革命性的指令集的向后兼容性。IBM 其他的 CPU 產(chǎn)品線也保持著相同的兼容性。

從用戶模式來看，PowerPC? 系列處理器對應(yīng)用提供了完全的兼容性：從最底層的自動交通指示燈到功能強大的 Apple Xserve G5。另外，PowerPC 微處理器還與 IBM 的其他 RISC 處理器產(chǎn)品線 POWER? 和 Star 共用一大組通用指令集，這樣就使得這三條產(chǎn)品線保持著“近似”的兼容性。在很多情況中，這等價于二進制兼容；在有些情況中，則意味著需要進行簡單的重編譯；不論如何，這都意味著程序移植已經(jīng)是小菜一碟了。

IBM 的四條處理器產(chǎn)品線 —— POWER 體系結(jié)構(gòu)，PowerPC 系列的處理器，Star 系列，以及 IBM 大型機上所采用的芯片 —— 都有一個共同的祖先：IBM 801。

CPU 的族譜
IBM 801 的目標(biāo)是解決 20 世紀(jì) 70 年代很多計算機面臨的相同問題：電話呼叫的轉(zhuǎn)換。設(shè)計小組的目標(biāo)是在每個時鐘周期內(nèi)完成一條指令，從而每分鐘可以處理 300 個電話。

當(dāng)時的大部分計算機，例如 IBM S/360 大型機，都有復(fù)雜的冗余指令集，我們今天稱之為 CISC（復(fù)雜指令集計算機）。計算機的趨勢是日益小型化，而 1947 年開始的晶體管的變革更加加劇了這一趨勢的變化。隨著集成電路越來越小，設(shè)計人員可以利用更多的空間在芯片中實現(xiàn)更多指令。到 20 世紀(jì) 70 年代，芯片的復(fù)雜度已經(jīng)發(fā)展到芯片可以實現(xiàn)非常不可思議的事情（例如日益復(fù)雜的數(shù)字鐘表）。但是另外一個事實是芯片執(zhí)行指令時需要更多的機器時間，這使得 801 項目組無法實現(xiàn)自己的性能指標(biāo)。

IBM 的 John Cocke 在實現(xiàn)復(fù)雜性領(lǐng)域并不是生手，他早就從事于 IBM Stretch 計算機的研究，IBM Stretch 計算機是 IBM 704 大型機的一個競爭對手，它的繼承者是 ACS （高級計算機系統(tǒng)）；而 704 的繼承者是 S/360，二者也是競爭對手。

他對指令集進行了拆分，并設(shè)計了一臺只有當(dāng)時同類計算機一半電路的機器，但是其運行速度卻是同類計算機的兩倍。快速的核心和更少的電路帶來的不僅僅是性能的提升，而且功耗也更少（這對于現(xiàn)在的很多用戶來說都是最重要的一個問題），成本也更低。這種體系結(jié)構(gòu)稱為 RISC（精簡指令集計算機）。有些人喜歡稱 RISC 為“l(fā)oad-store”，意思是想強調(diào) RISC 計算機只有 100 多條指令（POWER 體系結(jié)構(gòu)也是如此）。其他的 RISC 計算機并沒有采用一套精簡指令集，而是采用一組精簡過的指令：CISC 的每條復(fù)雜指令都被拆分成更小的基本單元，然后再組合起來實現(xiàn)復(fù)雜指令的功能。

無論如何，CPU 中的復(fù)雜性并沒有簡單地消失，而是轉(zhuǎn)嫁到編譯器中了。為了更好地實現(xiàn)這種功能，John Cocke 不僅成為編譯器領(lǐng)域的專家，而且在編譯器的優(yōu)化方面特有專長。他在 RISC 和編譯器優(yōu)化方面的工作為他贏得了很多榮譽，其中包括 1987 年的圖靈獎。

就 IBM 801 而言，它從來都沒有成為一個電話轉(zhuǎn)換器。相反，IBM 801 后來成為第一個 RISC 芯片，在很多 IBM 的硬件產(chǎn)品中廣泛采用 —— 曾經(jīng)有一段時間，它作為一個微控制器和處理器甚至限制了其競爭對手 IBM 大型機的發(fā)展。

RISC 體系結(jié)構(gòu)在工作站和嵌入式市場中很快占據(jù)了主導(dǎo)地位，John Cocke 之后又轉(zhuǎn)入其他項目的研究之中。在 20 世紀(jì) 80 年代，他有機會在一個后來被命名為“America”的項目中重新提煉 801 的設(shè)計，這個項目后來就成為 POWER 系列的芯片。之后的幾年中，他甚至在 PowerPC 體系結(jié)構(gòu)的開發(fā)中貢獻了很大的力量。與 801 類似，PowerPC 也被設(shè)計成為可以在任何機器上運行的一個通用微處理器，它在從最高端到最低端的機器上都可以運行。

現(xiàn)在，RISC 體系結(jié)構(gòu)是惟一一種最通用的 CPU，它是很多平臺的基礎(chǔ)：從工作站到蜂窩電話，從視頻游戲終端到超級計算機，從交通指示燈到桌面系統(tǒng)，從寬帶調(diào)制解調(diào)器到自動加油站和防撞系統(tǒng)。甚至 x86 的制造商（他們在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)都生產(chǎn) CISC 芯片）也基于 RISC 體系結(jié)構(gòu)研制了他們的第五代和第六代芯片，并將 x86 的操作碼轉(zhuǎn)換成 RISC 操作，以保持向后兼容。

POWER
POWER 是 Power Optimization With Enhanced RISC 的縮寫，是 IBM 的很多服務(wù)器、工作站和超級計算機的主要處理器。POWER 芯片起源于 801 CPU，是第二代 RISC 處理器。POWER 芯片在 1990 年被 RS 或 RISC System/6000 UNIX 工作站（現(xiàn)在稱為 eServer 和 pSeries）采用，POWER 的產(chǎn)品有 POWER1、POWER2、POWER3，現(xiàn)在最高端的是 POWER4。POWER4 處理器是目前單個芯片中性能最好的芯片。

801 的設(shè)計非常簡單。但是由于所有的指令都必須在一個時鐘周期內(nèi)完成，因此其浮點運算和超量計算（并行處理）能力很差。POWER 體系結(jié)構(gòu)就著重于解決這個問題。POWER 芯片采用了 100 多條指令，是非常優(yōu)秀的一個 RISC 體系結(jié)構(gòu)。

以下對每種 POWER 芯片簡單進行一下介紹；更詳細的內(nèi)容請參考 參考資料中的鏈接。

Star 系列
RS64 芯片首次于 1998 年面世，在 IBM 內(nèi)部稱之為 Star 系列，這是因為大部分代碼字節(jié)中都包含了單詞“star”或類似的單詞（其中一個比較出名的例外是最初的 RS64，其代號是“Apache”）。

Star 系列芯片源自于對 PowerPC 體系結(jié)構(gòu)的修改，同時還從 POWER 產(chǎn)品線中繼承了很多特點。從一開始起，這些芯片就只針對于一種應(yīng)用進行優(yōu)化：商業(yè)應(yīng)用。這種專用化使其在 UNIX 服務(wù)器領(lǐng)域幾乎在 10 年的時間中都牢居霸主地位。

RS64 系列將諸如分支預(yù)測、浮點處理以及硬件預(yù)取之類的問題留給其兄弟 POWER3 芯片來解決，自己則專注于整數(shù)運算性能和大型復(fù)雜的片上、片外緩存的處理。RS64 系列從面世以來就一直是 64 位的，2000 年在 RS64 IV 中引入了多線程的設(shè)計。RS64 可以在一臺機器內(nèi)擴展到多達 24 個處理器，功耗則只需要每個處理器 15 瓦即可，這一點與其兄弟 POWER 芯片有很大的區(qū)別。

這些特性使 RS64 芯片非常適合一些系統(tǒng)，例如聯(lián)機事務(wù)處理（OLTP）、商業(yè)智能、企業(yè)資源計劃（ERP）以及其他一些大型的、功能強大的、具有多用戶和多任務(wù)而緩存命中率很低的系統(tǒng)，其中包括 Web 服務(wù)。RS64 芯片只裝備在 IBM 的 eServer iSeries（RS 系列）和 pSeries（AS 系列）服務(wù)器中。

現(xiàn)在，商業(yè)計算和科學(xué)計算的聚合對處理器的設(shè)計提出了一個要求：在一個處理器上解決兩方面的市場需求。因此 Star 系列正被全新設(shè)計的 POWER4 芯片所取代。