首先引入幾個(gè)問(wèn)題：

　　為什么叫x86和x86_64和AMD64?

　　為什么大家叫x86為32位系統(tǒng)？

　　為什么軟件版本會(huì)注明 for amd64版本，不是intel64呢？

一、x86_64介紹

　　x86是指intel的開(kāi)發(fā)的一種32位指令集，從386時(shí)代開(kāi)始的，一直沿用至今，是一種cisc指令集，所有intel早期的cpu，amd早期的cpu都支持這種指令集，intel官方文檔里面稱(chēng)為“IA-32”

　　x84_64是x86 CPU開(kāi)始邁向64位的時(shí)候，有2選擇：

（1）向下兼容x86。

（2）完全重新設(shè)計(jì)指令集，不兼容x86。

　　AMD搶跑了，比Intel率先制造出了商用的兼容x86的CPU，AMD稱(chēng)之為AMD64，搶了64位PC的第一桶金，得到了用戶(hù)的認(rèn)同。

　　Intel選擇了設(shè)計(jì)一種不兼容x86的全新64為指令集，稱(chēng)之為IA-64（這玩意似乎就是安騰），但是比amd晚了一步，而且IA-64也挺慘淡的，因?yàn)槭侨略O(shè)計(jì)的CPU，沒(méi)有編譯器，也不支持windows（微軟把intel給忽悠了，承諾了會(huì)出安騰版windows server版，但是遲遲拿不出東西）。后來(lái)不得不在時(shí)機(jī)落后的情況下也開(kāi)始支持AMD64的指令集，但是換了個(gè)名字，叫x86_64，表示是x86指令集的64擴(kuò)展，大概是不愿意承認(rèn)這玩意是AMD設(shè)計(jì)出來(lái)的。

　　實(shí)際上，x86_64、x64、AMD64基本上是同一個(gè)東西，我們現(xiàn)在用的intel/amd的桌面級(jí)CPU基本上都是x86_64，與之相對(duì)的arm、ppc等都不是x86_64。

　　x86、x86_64主要的區(qū)別就是32位和64位的問(wèn)題，x86中只有8個(gè)32位通用寄存器，eax,ebx,ecx，edx, ebp, esp, esi, edi。

　　x86_64把這8個(gè)通用寄存器擴(kuò)展成了64位的，并且比x86增加了若干個(gè)寄存器（好像增加了8個(gè)，變成了總共16個(gè)通用寄存器）。同樣的MMX的寄存器的位數(shù)和數(shù)量也進(jìn)行了擴(kuò)展。此外cpu擴(kuò)展到64位后也能支持更多的內(nèi)存了，等等許多好處。

　　對(duì)于普通程序來(lái)說(shuō)，CPU位數(shù)的擴(kuò)展、寄存器數(shù)量的增加不會(huì)帶來(lái)明顯的性能提升，比如IE瀏覽器、Office辦公這類(lèi)的軟件。特定的程序很能夠充分利用64位CPU、更多的寄存器帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)，比如MMX除了能提升多媒體程序的性能，對(duì)矩陣、多項(xiàng)式、向量計(jì)算都能帶來(lái)提升，更多的MMX寄存器、更大的寄存器字長(zhǎng)都有利于SIMD指令的執(zhí)行，能夠提升CPU對(duì)數(shù)據(jù)的吞吐量（RISC指令集的CPU動(dòng)不動(dòng)就有數(shù)百個(gè)寄存器，可以有效的緩存中間計(jì)算結(jié)果，不需要把中間結(jié)果寫(xiě)入內(nèi)存，從而減少內(nèi)存訪問(wèn)次數(shù)，顯著提升性能）

二、x86介紹

　　x86架構(gòu)（The x86 architecture）是微處理器執(zhí)行的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言指令集，指一個(gè)intel通用計(jì)算機(jī)系列的標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)縮寫(xiě)，也標(biāo)識(shí)一套通用的計(jì)算機(jī)指令集合。

　　1978年6月8日，Intel發(fā)布了新款16位微處理器“8086”，也同時(shí)開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)新時(shí)代：x86架構(gòu)誕生了。

　　在40年的發(fā)展史中，x86家族不斷壯大，從桌面轉(zhuǎn)戰(zhàn)筆記本、服務(wù)器、超級(jí)計(jì)算機(jī)、編寫(xiě)設(shè)備，期間還挫敗或者限制了很多競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的發(fā)展，讓不少處理器廠商及其架構(gòu)技術(shù)成為歷史名字，即使有些封閉發(fā)展的也難以為繼，比如蘋(píng)果就已經(jīng)放棄PowerPC了。

三、AMD64/x86-64

　　x86-64有時(shí)會(huì)簡(jiǎn)稱(chēng)為“x64”，是64位微處理器架構(gòu)及其相應(yīng)指令集的一種，也是Intel x86架構(gòu)的延伸產(chǎn)品。

　　“x86-64”1999由AMD設(shè)計(jì)，AMD 首次公開(kāi) 64 位集以擴(kuò)充給 IA-32，稱(chēng)為 x86-64（后來(lái)改名為 AMD64）。 AMD64架構(gòu)在IA-32上新增了64位寄存器，并兼容早期的16位和32位軟件，可使現(xiàn)有以x86為對(duì)象的編譯器容易轉(zhuǎn)為AMD64版本。

　　由于AMD64和Intel64基本上一致，很多軟硬件產(chǎn)品都使用一種不傾向任何一方的詞匯來(lái)表明它們對(duì)兩種架構(gòu)的同時(shí)兼容。出于這個(gè)目的，AMD對(duì)這種CPU架構(gòu)的原始稱(chēng)呼 - “x86-64”被不時(shí)地使用，還有變體“x86_64”。其他公司如微軟和Sun在營(yíng)銷(xiāo)資料中使用“x64”作為對(duì)“x86-64”的縮寫(xiě)。

　　許多操作系統(tǒng)及產(chǎn)品，尤其那些是在Intel進(jìn)入這塊市場(chǎng)之前就引入“x86-64”支持的，使用“AMD64”或“amd64”同時(shí)指代AMD64和Intel64。

　　現(xiàn)在的x86 CPU在位數(shù)上有32/64bit之分，在ARCH上有又x86/x86_64/x64/i386/IA32/IA64/amd64

　　最近又新出來(lái)一個(gè)x32，還好不是ARCH，只是ABI，沒(méi)有那么混亂。

　　先說(shuō)一下x86的這些arch，不要求很?chē)?yán)格的話(huà)，基本上可以用下面的公式來(lái)表達(dá)：

　　x86=i386=IA32

　　amd64=x86_64=x64!=IA64

　　其實(shí)這兩個(gè)等式里很多都是別名，嚴(yán)格說(shuō)的話(huà)，x86的世界里只存在x86/x86_64/IA64三種架構(gòu)。（也即是32位 / 向下兼容32位的64位 / 64位 三種架構(gòu)）

　　當(dāng)年AMD先于Intel推出向下兼容的amd64 CPU，而Intel推出的不兼容32位系統(tǒng)的IA64慘淡收?qǐng)?被MS放了鴿子)，后來(lái)Intel在指令上支持了amd64，不過(guò)不愿意叫amd64，改了個(gè)名字x86_64。

1、再說(shuō)64bit/32bit的兼容性問(wèn)題：

　　現(xiàn)在的64bit CPU實(shí)際上都做了兼容32bit的特殊設(shè)計(jì)，所以64bit的CPU上運(yùn)行32bit的軟件(包括kernel/app， driver除外)是沒(méi)有問(wèn)題。反過(guò)來(lái)，32bit的CPU上運(yùn)行64bit的軟件是不可以的。

2、最后說(shuō)重點(diǎn)，64bit相比32bit的性能優(yōu)勢(shì)：

　　這里不考慮64bit硬件上運(yùn)行32bit軟件的這種過(guò)度方式。

　　從架構(gòu)上來(lái)說(shuō)，64bit擁有64bit 的register和64bit的bus，在數(shù)據(jù)傳輸效率上比32bit要高不少；

　　另外，64bit地址總線(xiàn)的尋址空間突破了4G的限制。

　　所以，對(duì)于大內(nèi)存，密集數(shù)據(jù)運(yùn)算的應(yīng)用場(chǎng)景，64bit的優(yōu)勢(shì)是非常明顯的。網(wǎng)上有一些benchmark，這里不貼了。

　　但是，對(duì)于小內(nèi)存系統(tǒng)，64bit的CPU在某些狀況下可能比32bit CPU的效率更低。

　　因?yàn)?strong>64 bit的CPU的地址是64位的，指針是64位的，編譯生成的二進(jìn)制文件更大，運(yùn)行時(shí)占用的內(nèi)存更多;另一方面，因?yàn)?4位地址的問(wèn)題，cache中能存放的指令就更少，所以更容易導(dǎo)致cache的miss。

　　所以在某些應(yīng)用場(chǎng)景，64 bit CPU的更大的尋址空間，更快的數(shù)據(jù)傳遞，更快的浮點(diǎn)運(yùn)算的特性，與其64 bit的地址/指針?biāo)鶎?dǎo)致的cache miss的特性，始終并存。

3、為了充分利用64的優(yōu)勢(shì)，又避免64bit地址導(dǎo)致的cache miss的問(wèn)題，Intel提出了x32 ABI的概念。

　　x32不是一個(gè)ARCH，是一個(gè)ABI。

　　x32可以充分的使用64 bit硬件的64 bit寄存器，64bit總線(xiàn)，以及64bit新增的指令，從而獲得更快的數(shù)據(jù)處理速度。

　　同時(shí)x32又使用32bit的地址/pointer，32bit的C數(shù)據(jù)類(lèi)型，因此cache miss并不會(huì)增加。

　　x32是一個(gè)ABI，其設(shè)計(jì)到的部分包括：kernel的support，toolchain的support，system lib的support。現(xiàn)在kernel(from 3.4)和toolchain的support都已經(jīng)OK。

四、ARM、AMD、X86、AArch64的概念

1、AMD

　　AMD，中文名（超威）超微半導(dǎo)體，是除了英特爾以外最大的x86架構(gòu)微處理供應(yīng)商，也是除了英偉達(dá)以外僅有的獨(dú)立圖形處理供應(yīng)商。

2、X86

　　x86泛指一系列由英特爾公司開(kāi)發(fā)的處理器的架構(gòu)，最早為1978年面世的“Intel 8086”CPU。

　　早期的處理器均是以此格式來(lái)命名，如Intel 8086,80186,80286,80386,80486，這些架構(gòu)被統(tǒng)稱(chēng)為x86。由于數(shù)字不能被注冊(cè)成為商標(biāo)，因此公司每當(dāng)有新的處理器使用，均會(huì)采用可注冊(cè)的名稱(chēng)，如Pentium。

　　基于x86的32位架構(gòu)，通常被稱(chēng)為i386、x86、IA-32。

　　而基于x86的64位架構(gòu)，x86-64常稱(chēng)為AMD64或Intel64。最早是由AMD公司首先根據(jù)x86的架構(gòu)生產(chǎn)出了64位的處理器，但是由于是競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，Intel公司不愿意承認(rèn)AMD64，近些年才推出了Intel64。

3、ARM

　　ARM（英文為Advanced RISC Machine，或Acorn RISC Machine）也是一個(gè)架構(gòu)，非常適用于移動(dòng)通信這種低成本，高性能，低耗電的領(lǐng)域。
　　ARM的公司為安謀控股（ARM Holding plc），又稱(chēng)為ARM公司，總部位于劍橋的設(shè)計(jì)與軟件公司，現(xiàn)在已被日本的軟銀公司收購(gòu)，后者同時(shí)也是國(guó)內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)巨頭阿里巴巴的最大股東。
4、AArch64

　　AArch64是ARMv8的一種執(zhí)行狀態(tài)。

　　為了更廣泛地向企業(yè)領(lǐng)域推進(jìn)，需要引入 64 位構(gòu)架，同時(shí)也需要在 ARMv8 架構(gòu)中引入新的 AArch64 執(zhí)行狀態(tài)。

　　AArch64 不是一個(gè)單純的 32 位 ARM 構(gòu)架擴(kuò)展，而是 ARMv8 內(nèi)全新的構(gòu)架，完全使用全新的 A64 指令集。這些都源自于多年對(duì)現(xiàn)代構(gòu)架設(shè)計(jì)的深入研究。更重要的是， AArch64 作為一個(gè)分離出的執(zhí)行狀態(tài)，意味著一些未來(lái)的處理器可能不支持舊的 AArch32 執(zhí)行狀態(tài)。

　　雖然最初的 64 位 ARM 處理器將會(huì)完全向后兼容，但我們大膽且前瞻性地將 AArch64 作為在 ARMv8 處理器中唯一的執(zhí)行狀態(tài)。我們?cè)谶@些系統(tǒng)中將不支持 32 位執(zhí)行狀態(tài)， 這將使許多有益的實(shí)現(xiàn)得到權(quán)衡，如默認(rèn)情況下，使用一個(gè)較大的 64K 大小的頁(yè)面，并會(huì)使得純凈的 64 位 ARM 服務(wù)器系統(tǒng)不受遺留代碼的影響。立即進(jìn)行這種劃分是很重要的，因?yàn)橛锌赡茉谖磥?lái)幾年內(nèi)將出現(xiàn)僅支持 64 位的服務(wù)器系統(tǒng)。沒(méi)有必要在新的 64 位架構(gòu)中去實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的 32 位流水線(xiàn)，這將會(huì)提高未來(lái) ARM 服務(wù)器系統(tǒng)的能效。

　　這樣回想起來(lái)， AArch64 作為在 Fedora ARM 項(xiàng)目中被支持的 ARM 構(gòu)架是一個(gè)很自然的過(guò)程： armv5tel、armv7hl、aarch64。

　　新的架構(gòu)被命名為：aarch64，這同 ARM 自己選擇的主線(xiàn)命名方式保持一致，同時(shí)也考慮到了 ARM 架構(gòu)名與 ARM 商標(biāo)分開(kāi)的期望。

（1）ARMv8-A 將 64 位架構(gòu)支持引入 ARM 架構(gòu)中，其中包括：

　　64 位通用寄存器、SP（堆棧指針）和 PC（程序計(jì)數(shù)器）

　　64 位數(shù)據(jù)處理和擴(kuò)展的虛擬尋址

（2）兩種主要執(zhí)行狀態(tài)：

　　AArch64 - 64 位執(zhí)行狀態(tài)，包括該狀態(tài)的異常模型、內(nèi)存模型、程序員模型和指令集支持

　　AArch32 — 32 位執(zhí)行狀態(tài)，包括該狀態(tài)的異常模型、內(nèi)存模型、程序員模型和指令集支持

（3）這些執(zhí)行狀態(tài)支持三個(gè)主要指令集：

　　A32（或 ARM）：32 位固定長(zhǎng)度指令集，通過(guò)不同架構(gòu)變體增強(qiáng)部分 32 位架構(gòu)執(zhí)行環(huán)境現(xiàn)在稱(chēng)為 AArch32。

　　T32 (Thumb) 是以 16 位固定長(zhǎng)度指令集的形式引入的，隨后在引入 Thumb-2 技術(shù)時(shí)增強(qiáng)為 16 位和 32 位混合長(zhǎng)度指令集。部分 32 位架構(gòu)執(zhí)行環(huán)境現(xiàn)在稱(chēng)為 AArch32。

　　A64：提供與 ARM 和 Thumb 指令集類(lèi)似功能的 32 位固定長(zhǎng)度指令集。隨 ARMv8-A 一起引入，它是一種 AArch64 指令集。

　　ARM ISA 不斷改進(jìn)，以滿(mǎn)足前沿應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)人員日益增長(zhǎng)的要求，同時(shí)保留了必要的向后兼容性，以保護(hù)軟件開(kāi)發(fā)投資。在 ARMv8-A 中，對(duì) A32 和 T32 進(jìn)行了一些增補(bǔ)，以保持與 A64 指令集一致。

原文作者：賞金Micheal
原文鏈接：https://www.jianshu.com/p/2753c45af9bf

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的CPU知识了解：关于x86、x86_64/x64、amd64和arm64/aarch64的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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