CPU_X86架构和ARM架构入门篇
文章目錄
- 腦圖
- 視頻解讀
- CPU的組成
- 指令集架構： 復雜指令集 （CISC） VS 精簡指令集 （RISC）
- X86架構
- ARM架構
- X86架構 VS ARM架構
- 制程工藝
- 64位計算
- 異構計算
- 功耗
- MIPS架構
- PowerPC架構
腦圖
常見的四大CPU體系結構ARM、X86/Atom、MIPS、PowerPC，這里我們來看下主流的X86架構和ARM架構。
視頻解讀
CPU的x86和ARM架構有啥區別？指令集又是啥？
它誕下AMD和Intel，孕育了硅谷，讓喬布斯頂禮膜拜–仙童半導體公司
X86架構——Intel 全球最大的半導體公司，榮譽背后，英特爾究竟經歷了怎樣的沉浮？
X86架構——和英特爾直面對抗，為什么說AMD是芯片企業中最可怕的那個
芯片行業的巨頭ARM（英國公司，2016年已被日本軟銀收購），即使是高通這樣的公司，都時刻受其制約
概括來說：
CPU兩個主要的發展方向根據指令集架構來劃分： 復雜指令集VS精簡指令集
而復雜指令集和精簡指令集最為代表性的CPU架構 ： X86 和 ARM
使用X86架構生產CPU的巨頭公司： Intel 和 AMD （這兩家的創始人都是從仙童半導體公司出走創辦的） ，采用復雜指令集 （CISC）
使用ARM（Advanced RISC Machine）架構生產CPU的巨頭公司： 英國ARM公司，采用精簡指令集 （RISC）,ARM公司依靠 知識產權（IP） 和 指令集架構授權盈利。ARM 公司本身并不靠自有的設計來制造或出售 CPU ，而是將處理器架構授權給有興趣的廠家，比如手機行業的 高通、三星巨頭都需要依靠ARM架構來生產手機芯片 。
CPU的組成
中央處理單元（CPU）主要由運算器、控制器、寄存器三部分組成。
簡單的說
- 控制單元是整個CPU的指揮控制中心，由程序計數器PC（Program Counter）, 指令寄存器IR(Instruction
Register)、指令譯碼器ID(Instruction Decoder)和操作控制器OC(Operation Controller)等組成 - 運算單元：是運算器的核心?？梢詧绦兴阈g運算和邏輯運算。 運算器接受控制單元的命令而進行動作，即運算單元所進行的全部操作都是由控制單元發出的控制信號來指揮的，所以它是執行部件。
- 存儲單元：包括CPU片內緩存和寄存器組，是CPU中暫時存放數據的地方，里面保存著那些等待處理的數據，或已經處理過的數據，CPU訪問寄存器所用的時間要比訪問內存的時間短。采用寄存器，可以減少CPU訪問內存的次數，從而提高了CPU的工作速度。但因為受到芯片面積和集成度所限，寄存器組的容量不可能很大。
指令集架構： 復雜指令集 （CISC） VS 精簡指令集 （RISC）
目前已存的指令集架構有4種:
- 復雜指令集運算(Complex Instruction Set Computing，CISC);
- 精簡指令集運算(Reduced Instruction Set Computing，RISC) ;
- 顯式并行指令集運算(Explicitly Parallel Instruction Computing，EPIC);
- 超長指令字指令集運算(VLIW)。
基于VLIW研發的CPU架構主要用于早期的小型機，現在已基本消亡。而EPIC是Intel和HP從VLIW中發展出來的，目前好像只有Intel的IA-64架構下的純64位微處理器的Itanium/Itanium 2采用EPIC。因此目前比較流行的指令集只剩下:CISC和RISC。
要了解X86和ARM，首先需要先了解復雜指令集（CISC)和精簡指令集（RISC），這兩個是處理器設計的兩個大的方向
舉個簡單的例子來理解CISC 和 RISC：機器人跳舞
復雜指令集，下發一條跳舞指令，機器人就可以完成跳舞
精簡指令集，需要下發 上下左右前前后后等多條指令，機器人才能完成跳舞。
基于指令集的CPU架構 （除了X86是CISC，剩下的基本都是RISC）：
- CISC:Intel和AMD的X86架構都是基于CISC，包括X86和X86-64。
- RISC: 包括ARM架構、MIPS架構、IBM 的PowerPC架構、SUN 的 Ultra SPARC架構。
X86架構
X86架構是微處理器執行的計算機語言指令集，基于Intel 8086且向后兼容的中央處理器指令集架構，包括Intel 8086、80186、80286、80386以及80486，由于以“86”作為結尾，因此其架構被稱為“x86”
應用領域：個人計算機、服務器等
ARM架構
ARM架構是一個精簡指令集(RISC)處理器架構，其廣泛地使用在許多嵌入式系統設計。由于節能的特點，ARM處理器非常適用于移動通訊領域，符合其主要設計目標為低耗電的特性。
應用領域：手機、PAD、導航系統、網絡設備等都是ARM架構，目前世界上使用最廣泛的CPU就是ARM
X86架構 VS ARM架構
制程工藝
ARM架構主要用途決定其追求處理器功耗低，而X86架構則是處理能力強大?，F在主流的ARM芯片已使用10nm制程工藝了，而I7CPU卻依然采用的14nm制程工藝
64位計算
對于64位計算，X86架構的兩巨頭ARM和Intel也有一些顯著區別。Intel最初并沒有開發64位版本的x86指令集。64位的指令集名為x86-64(有時簡稱為x64)，實際上是AMD設計開發的。Intel做的64位計算，是搞了一個新64位處理器項目名為IA64。由此制造出了Itanium系列處理器。而AMD知道自己造不出能與IA64兼容的處理器，于是它把x86擴展一下，加入了64位尋址和64位寄存器。最終出來的架構，就是 AMD64，成為了64位版本的x86處理器的標準。
而ARM在看到移動設備對64位計算的需求后，于2011年發布了ARMv8 64位架構。ARMv8使用了兩種執行模式，AArch32和AArch64。顧名思義，一個運行32位代碼，一個運行64位代碼。ARM設計的巧妙之處，是處理器在運行中可以無縫地在兩種模式間切換
異構計算
ARM的big.LITTLE架構是一項Intel一時無法復制的創新。
在big.LITTLE架構里，處理器可以是不同類型的。
傳統的雙核或者四核處理器中包含同樣的2個核或者4個核，每個核提供一樣的性能，擁有相同的功耗。而ARM通過big.LITTLE向移動設備推出了異構計算。這意味著處理器中的核可以有不同的性能和功耗。當設備正常運行時，使用低功耗核，而當你需要高計算能力時，使用的是高性能的核。
功耗
首先，功耗和工藝制程相關.
現在主流的制程工藝在10nm-14nm，而主流ARM架構CPU和X86架構CPU的制程工藝相差不大。
其次和設計相關。
X86為了增強對亂序操作的處理能力，加強了亂序指令的執行。此外，X86還增強了單核的多線程能力。，性能高，功耗高。 ARM的指令強在確定次序的執行，并且依靠多核而不是單核多線程來執行。這樣容易保持子模塊和時鐘信號的關閉，顯然就更省電。
MIPS架構
上世紀80年代由美國斯坦福大學Hennessy教授的研究小組研發，它采用精簡指令系統計算結構(RISC)來設計芯片。
和Intel采用的復雜指令系統計算結構(CISC)相比，RISC具有設計更簡單、設計周期更短等優點，并可以應用更多先進的技術，開發更快的下一代處理器。
MIPS是出現最早的商業RISC架構芯片之一，新的架構集成了所有原來MIPS指令集，并增加了許多更強大的功能。MIPS自己只進行CPU的設計，之后把設計方案授權給客戶，使得客戶能夠制造出高性能的CPU。
應用領域：工作站等計算機平臺，目前國內龍芯主要使用MIPS架構機器
- 龍芯基于 MIPS架構，自研。
- 兆芯（上海兆芯集成電路有限公司生產）基于X86架構的兆芯x86通用處理器 。
02年，中科院計算機研究所制造了龍芯處理器，但未經授權，一直被MIPS公司狀告侵權。07年，中科院計算機研究所的龍芯處理器獲得了MIPS的全部專利、指令集授權，中國開始走上了一MIPS為基礎的CPU研發道路。
PowerPC架構
PowerPC是IBM聯合蘋果、摩托羅拉公司研發的一種基于RISC精簡指令集的CPU。
PowerPC架構最大優點是靈活性非常好，核心數目靈活可變，因此在嵌入式設備上具有很高效益，可以針對服務器市場做超多核，針對掌機做雙核，因此它具有優異的性能、較低的能量損耗以及較低的散熱量。
總結
以上是生活随笔為你收集整理的CPU_X86架构和ARM架构入门篇的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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