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作者 |?王藝威

責(zé)編 | 阿禿

RISC（精簡指令集計(jì)算機(jī)）是一種執(zhí)行較少類型計(jì)算機(jī)指令的微處理器，起源于80年代的MIPS主機(jī)（即RISC機(jī)），RISC機(jī)中采用的微處理器統(tǒng)稱RISC處理器。這樣一來，它能夠以更快的速度執(zhí)行操作（每秒執(zhí)行更多百萬條指令，即MIPS）。因?yàn)橛?jì)算機(jī)執(zhí)行每個(gè)指令類型都需要額外的晶體管和電路元件，計(jì)算機(jī)指令集越大就會(huì)使微處理器更復(fù)雜，執(zhí)行操作也會(huì)更慢。　

• 性能特點(diǎn)一：由于指令集簡化后，流水線以及常用指令均可用硬件執(zhí)行；?

• 性能特點(diǎn)二：采用大量的寄存器，使大部分指令操作都在寄存器之間進(jìn)行，提高了處理速度；?

• 性能特點(diǎn)三：采用緩存—主機(jī)—外存三級(jí)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，使取數(shù)與存數(shù)指令分開執(zhí)行，使處理器可以完成盡可能多的工作，且不因從存儲(chǔ)器存取信息而放慢處理速度。

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其中ARM/MIPS/PowerPC均是基于精簡指令集機(jī)器處理器的架構(gòu)；
X86則是基于復(fù)雜指令集的架構(gòu)，Atom是x86或者是x86指令集的精簡版。
根據(jù)各種新聞，Android在支持各種處理器的現(xiàn)狀：

• ARM+Android 最早發(fā)展、完善的支持，主要在手機(jī)市場、上網(wǎng)本、智能等市場；

• X86+Android 有比較完善的發(fā)展。有atom+Android的上網(wǎng)本，且支

• Atom+Android 和 Atom+Window7雙系統(tǒng)；

• MIPS+Android 目前在移植、完善過程中；

• Powpc+Android 目前在移植、完善過程中。
  

ARM系列處理器

ARM架構(gòu)，過去稱作進(jìn)階精簡指令集機(jī)器（Advanced RISC Machine，更早稱作：Acorn RISC Machine），是一個(gè)32位精簡指令集（RISC）處理器架構(gòu)，其廣泛地使用在許多嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)。由于節(jié)能的特點(diǎn)，ARM處理器非常適用于行動(dòng)通訊領(lǐng)域，符合其主要設(shè)計(jì)目標(biāo)為低耗電的特性。

在今日，ARM家族占了所有32位嵌入式處理器75%的比例，使它成為占全世界最多數(shù)的32位架構(gòu)之一。ARM處理器可以在很多消費(fèi)性電子產(chǎn)品上看到，從可攜式裝置（PDA、移動(dòng)電話、多媒體播放器、掌上型電子游戲，和計(jì)算機(jī)）到電腦外設(shè)（硬盤、桌上型路由器）甚至在導(dǎo)彈的彈載計(jì)算機(jī)等軍用設(shè)施中都有他的存在。在此還有一些基于ARM設(shè)計(jì)的派生產(chǎn)品，重要產(chǎn)品還包括Marvell的XScale架構(gòu)和德州儀器的OMAP系列。

• 優(yōu)勢：價(jià)格低；能耗低；

• ARM 授權(quán)方式：ARM 公司本身并不靠自有的設(shè)計(jì)來制造或出售 CPU ，而是將處理器架構(gòu)授權(quán)給有興趣的廠家。

• 生產(chǎn)廠商：TI （德州儀器）/Samsung（三星）/Freescale（飛思卡爾）/Marvell（馬維爾）/Nvidia（英偉達(dá)）

ARM 提供了多樣的授權(quán)條款，包括售價(jià)與散播性等項(xiàng)目。對(duì)于授權(quán)方來說，ARM 提供了 ARM 內(nèi)核的整合硬件敘述，包含完整的軟件開發(fā)工具（編譯器、debugger、SDK），以及針對(duì)內(nèi)含 ARM CPU 硅芯片的銷售權(quán)。對(duì)于無晶圓廠的授權(quán)方來說，其希望能將 ARM 內(nèi)核整合到他們自行研發(fā)的芯片設(shè)計(jì)中，通常就僅針對(duì)取得一份生產(chǎn)就緒的智財(cái)核心技術(shù)（IP Core）認(rèn)證。

對(duì)這些客戶來說，ARM 會(huì)釋出所選的 ARM 核心的閘極電路圖，連同抽象模擬模型和測試程式，以協(xié)助設(shè)計(jì)整合和驗(yàn)證。需求更多的客戶，包括整合元件制造商（IDM）和晶圓廠家，就選擇可合成的RTL（暫存器轉(zhuǎn)移層級(jí)，如 Verilog）形式來取得處理器的智財(cái)權(quán)（IP）。

借著可整合的 RTL，客戶就有能力能進(jìn)行架構(gòu)上的最佳化與加強(qiáng)。這個(gè)方式能讓設(shè)計(jì)者完成額外的設(shè)計(jì)目標(biāo)（如高震蕩頻率、低能量耗損、指令集延伸等）而不會(huì)受限于無法更動(dòng)的電路圖。雖然 ARM 并不授予授權(quán)方再次出售 ARM 架構(gòu)本身，但授權(quán)方可以任意地出售制品（如芯片元件、評(píng)估板、完整系統(tǒng)等）。

商用晶圓廠是特殊例子，因?yàn)樗麄儾粌H授予能出售包含 ARM 內(nèi)核的硅晶成品，對(duì)其它客戶來講，他們通常也保留重制 ARM 內(nèi)核的權(quán)利。

x86系列/Atom處理器

xx86或80x86是英代爾Intel首先開發(fā)制造的一種微處理器體系結(jié)構(gòu)的泛稱。
x86架構(gòu)是重要地可變指令長度的CISC（復(fù)雜指令集電腦，Complex Instruction Set Computer）。

Intel Atom（中文：凌動(dòng)，開發(fā)代號(hào)：Silverthorne）是Intel的一個(gè)超低電壓處理器系列。處理器采用45納米工藝制造，集成4700萬個(gè)晶體管。L2緩存為512KB，支持SSE3指令集，和VT虛擬化技術(shù)（部份型號(hào)）。

現(xiàn)時(shí)，Atom處理器系列有6個(gè)型號(hào)，全部都是屬于Z500系列。它們分別是Z500、Z510、Z520、Z530、Z540和Z550。最低端的Z500內(nèi)核頻率是800MHz，FSB則是400MHz。而最高速的Z550，內(nèi)核頻率則有2.0GHz，FSB則是533MHz。

從Z520開始，所有的處理器都支持超線程技術(shù)，但只增加了不到10%的耗電。雙內(nèi)核版本為N系列，依然采用945GC芯片組。雙內(nèi)核版本仍會(huì)支持超線程技術(shù)，所以系統(tǒng)會(huì)顯示出有4個(gè)邏輯處理器。這個(gè)版本的兩個(gè)內(nèi)核并非采用本地設(shè)計(jì)，只是簡單的將兩個(gè)單內(nèi)核封裝起來。

MIPS系列處理器

MIPS是世界上很流行的一種RISC處理器。MIPS的意思是“無內(nèi)部互鎖流水級(jí)的微處理器”(Microprocessor without interlocked piped stages)，其機(jī)制是盡量利用軟件辦法避免流水線中的數(shù)據(jù)相關(guān)問題。它最早是在80年代初期由斯坦福(Stanford)大學(xué)Hennessy教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組研制出來的。MIPS公司的R系列就是在此基礎(chǔ)上開發(fā)的RISC工業(yè)產(chǎn)品的微處理器。這些系列產(chǎn)品為很多計(jì)算機(jī)公司采用構(gòu)成各種工作站和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

MIPS技術(shù)公司是美國著名的芯片設(shè)計(jì)公司，它采用精簡指令系統(tǒng)計(jì)算結(jié)構(gòu)(RISC)來設(shè)計(jì)芯片。和英特爾采用的復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算結(jié)構(gòu)(CISC)相比，RISC具有設(shè)計(jì)更簡單、設(shè)計(jì)周期更短等優(yōu)點(diǎn)，并可以應(yīng)用更多先進(jìn)的技術(shù)，開發(fā)更快的下一代處理器。

MIPS是出現(xiàn)最早的商業(yè)RISC架構(gòu)芯片之一，新的架構(gòu)集成了所有原來MIPS指令集，并增加了許多更強(qiáng)大的功能。MIPS自己只進(jìn)行CPU的設(shè)計(jì)，之后把設(shè)計(jì)方案授權(quán)給客戶，使得客戶能夠制造出高性能的CPU。

• 1984年，MIPS計(jì)算機(jī)公司成立，開始設(shè)計(jì)RISC處理器；

• 1986年推出R2000處理器。

• 1992年，SGI收購了MIPS計(jì)算機(jī)公司。

• 1988年推R3000處理器。

• 1991年推出第一款64位商用微處器R4000；之后又陸續(xù)推出R8000（于1994年）、R10000（于1996年）和R12000（于1997年）等型號(hào)。

• 1998年，MIPS脫離SGI，成為MIPS技術(shù)公司；隨后，MIPS公司的戰(zhàn)略發(fā)生變化，把重點(diǎn)放在嵌入式系統(tǒng)；1998年－MIPS科技股票在美國納斯達(dá)克股票交易所公開上市。

• 1999年，MIPS公司發(fā)布MIPS32和MIPS64架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，為未來MIPS處理器的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。新的架構(gòu)集成了所有原來NIPS指令集，并且增加了許多更強(qiáng)大的功能。MIPS公司陸續(xù)開發(fā)了高性能、低功耗的32位處理器內(nèi)核（core）MIPS324Kc與高性能64位處理器內(nèi)核MIPS64 5Kc。

• 2000年，MIPS公司發(fā)布了針對(duì)MIPS32 4Kc的版本以及64位MIPS 64 20Kc處理器內(nèi)核。?

• 2007年8月16日－MIPS科技宣布，中科院計(jì)算機(jī)研究所的龍芯中央處理器獲得其處理器IP的全部專利和總線、指令集授權(quán)。

• 2007年12月20日－MIPS科技宣布，揚(yáng)智科技已取得其針對(duì)先進(jìn)多媒體所設(shè)計(jì)的可定制化系統(tǒng)單芯片（SoC）核心“MIPS32 24KEc Pro”授權(quán)。

PowerPC系列處理器

PowerPC 是一種精簡指令集（RISC）架構(gòu)的中央處理器（CPU），其基本的設(shè)計(jì)源自IBM（國際商用機(jī)器公司）的IBM PowerPC 601 微處理器POWER架構(gòu)。二十世紀(jì)九十年代，IBM(國際商用機(jī)器公司)、Apple（蘋果公司）和Motorola（摩托羅拉）公司開發(fā)PowerPC芯片成功，并制造出基于PowerPC的多處理器計(jì)算機(jī)。PowerPC架構(gòu)的特點(diǎn)是可伸縮性好、方便靈活。

PowerPC 處理器有廣泛的實(shí)現(xiàn)范圍，包括從諸如 Power4 那樣的高端服務(wù)器 CPU 到嵌入式 CPU 市場（任天堂 Gamecube 使用了 PowerPC）。PowerPC 處理器有非常強(qiáng)的嵌入式表現(xiàn)，因?yàn)樗哂袃?yōu)異的性能、較低的能量損耗以及較低的散熱量。除了象串行和以太網(wǎng)控制器那樣的集成 I/O，該嵌入式處理器與“臺(tái)式機(jī)”CPU 存在非常顯著的區(qū)別。

實(shí)時(shí)性(Real Time)DSP架構(gòu)

DSP是微處理器的一種,這種微處理器具有極高的處理速度.因?yàn)閼?yīng)用這類處理器的場合要求具有很高的實(shí)時(shí)性(Real Time)。比如通過移動(dòng)電話進(jìn)行通話,如果處理速度不快就只能等待對(duì)方停止說話，這一方才能通話。如果雙方同時(shí)通話，因?yàn)閿?shù)字信號(hào)處理速度不夠,就只能關(guān)閉信號(hào)連接.在DSP出現(xiàn)之前數(shù)字信號(hào)處理只能依靠MPU(微處理器)來完成。但MPU較低的處理速度無法滿足高速實(shí)時(shí)的要求。

因此，直到70年代，有人才提出了DSP的理論和算法基礎(chǔ)。那時(shí)的DSP僅僅停留在教科書上，即便是研制出來的DSP系統(tǒng)也是由分立元件組成的，其應(yīng)用領(lǐng)域僅局限於軍事、航空航天部門。

90年代DSP發(fā)展最快，相繼出現(xiàn)了第四代和第五代DSP器件。現(xiàn)在的DSP屬於第五代產(chǎn)品，它與第四代相比，系統(tǒng)集成度更高，將DSP芯核及外圍元件綜合集成在單一芯片上。這種集成度極高的DSP芯片不僅在通信、計(jì)算機(jī)領(lǐng)域大顯身手，而且逐漸滲透到人們?nèi)粘ＯM(fèi)領(lǐng)域。

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總結(jié)

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