cpu体系结构有多少种CPU体系结构？ X86和ARM有什么区别？阅读此书后，您将理解。

服务器，计算机和移动电话最重要的电子组件是什么？是的，它是CPU处理器。它主要负责数据计算和控制功能，并且是核心部分。但是您知道有多少个CPU体系结构吗？主流X8 6、 ARM有什么区别？

让我们向您介绍一些常见的CPU架构：

X86

1978年6月8日，英特尔发布了史诗般的CPU处理器8086，正式拉开了X86架构的传奇。 X86最初是作为8086的一种计算机语言指令集引入的，并定义了一些基本的使用规则。 X86体系结构使用CISC复杂指令集。同时，8086处理器的巨大成功直接使英特尔成为CPU巨头。如果您对8086不太熟悉，您一定听说过奔腾处理器吗？此外，为了纪念8086K成立40周年，英特尔今年发布了限量版处理器Core i7-8086K。你听说过吗？

图片来自英特尔官方网站

IA64（英特尔架构64，英特尔架构6 4）

哇，IA64听起来很陌生，是的，尽管它也是Intel制造的。但这可以说是失败的。当X86转换为64位指令集时，AMD意外地取代了它。最后，他只能与HP合作推出自己的IA64指令集，但这也仅限于服务器，这也是Itanium Itanium处理器的起源（现在很冷）。

x86指南中的图片

关于IA64是RISC还是CISC指令集的延续，确实很难说清楚，但是从IA64基于HP的EPIC（显式并行指令计算机）的角度看，它似乎更倾向于RISC系统。

MIPS（不带互锁流水线级的微处理器，不带内部互锁流水线级的微处理器）

在1980年代，它是由美国斯坦福大学轩尼诗教授的研究小组开发的。它使用精简指令系统计算架构（RISC）来设计芯片。与英特尔采用的复杂指令系统计算结构（CISC）相比，RISC具有设计更简单，设计周期更短的优势，并且可以应用更先进的技术来开发更快的下一代处理器。 MIPS是最早的商业RISC架构芯片之一。新的体系结构集成了所有原始的MIPS指令集，并添加了许多更强大的功能。

MIPS仅设计CPU本身，然后将设计许可给客户，以便客户可以制造高性能CPU。

使MIPS闻名的原因可能是2007年，中国科学院计算机研究所的Loongson处理器获得了所有MIPS专利和指令集授权，中国开始走上了基于MIPS的CPU开发之路。

图片来自Loongson官方网站

PowerPC

PowerPC是基于蓝色巨人IBM，苹果和摩托罗拉开发的RISC简化指令集的CPU。 PowerPC体系结构的最大优点是它非常灵活，内核数也很灵活。因此，它具有很高的效率，可用于服务器市场的超级多核和手持设备的双核，因此具有出色的性能，较低的能耗和较低的散热性。

来自Wikimedia的图片

ARM（高级RISC机器，高级精简指令集机器）

ARM可以说是CPU架构的突然兴起，它使用RISC简化的指令集，而ARM的发展到今天，该架构非常灵活，可以根据不同的应用场景使用不同的设计内核，因此它可以广泛地应用于嵌入式系统中，同时具有很高的节能性。它存在于各种移动设备中。据统计，使用ARM体系结构的芯片的年出货量高达200亿个。随着物联网时代的到来，对低功耗ARM芯片的需求将激增。

来自iFixit的图片

CISC与RISC之间的争议

从上面我们知道，在漫长的历史之河中有许多CPU体系结构。它们之间的差异非常大。经过时间和用户的考验，我们通常只遇到X86和X86的CPU体系结构。根据核心差异，两个ARM可以分为两类，即“复杂指令集”和“精简指令集”系统。 “ CISC”和“ RISC”。

要了解X86和ARM CPU架构，必须首先了解CISC复杂指令集和RISC精简指令集，因为它们之间的第一个区别是X86使用复杂指令集（CISC），而后者则使用复杂指令集（CISC）。精简指令集（RISC）。他们使用不同指令集的原因是设备，对象和性能要求不同。移动SoC通常以ARM提供的内核为基础，并根据自己的需要更改SoC的内核体系结构。 ARM正是RISC简化指令集的代表。 CPU巨头英特尔和AMD采用的X86架构已经使用了数十年，并且是CISC复杂指令集的典型代表。

CISC复杂指令系统将增强原始指令的功能，并设置更复杂的新指令，以实现大量重复软件功能的硬件化。由于早期计算机的频率较低且运行速度较慢，为了提高计算速度，必须在指令系统中添加更复杂的指令以提高计算机的处理效率，从而慢慢形成以台式机为主导的复杂指令系统计算机电脑。指令集也不断更新和增加。例如，英特尔已在X299平台上的处理器中添加了AVX512指令集，目的是提高性能的某个方面。

尽管CISC可以实现高性能的CPU设计，但是设计却很麻烦。保持庞大的硬件设计正确是不容易的。还必须确保性能得到改善并且不会被逆转。因此，台式机CPU的开发时间也会慢慢增加。这时，一些由ARM领导的RISC简化指令系统计算机开始出现。

可以说，RISC从CISC汲取了精髓，消除了浮渣，简化了指令功能，减少了指令的平均执行周期，并达到了增加计算机工作频率的目的。同时，它引入了大量通用寄存器，以减少不必要的读写过程。 ，提高子程序的执行速度，从而缩短了程序运行时间，减少了寻址，提高了编译效率，并最终实现了高性能。

这两个指令集在寻求差异的同时寻求共同点，并在体系结构，操作，软件和硬件，编译时间和运行时间等许多因素之间寻求一定的平衡，从而达到最初的设计目的。有效的运营。

图片来自新浪博客

功耗限制

从CISC和RISC设计思想的角度来看，每个人都不难发现他们走了一条不同的道路。前者侧重于高性能，但带来了高功耗，而后者侧重于低功耗嵌入式，因为最强的性能不太强。因此，我们还看到英特尔和AMD擅长设计超高性能X86处理器，而高通和苹果则依靠ARM IP授权来设计专注于性能的SoC芯片。

与我们之前的示例一样，Core i7-8086K可以轻松用尽95W的功耗，但是像Qualcomm Snapdragon 845这样的顶级SoC仅5W，仅为其中的19％，主要是手机尺寸越来越小，电池容量和能量密度无法跟上。手机中使用的ARM内核只能低功耗。

通常来说，随着制造工艺的进步，可以降低处理器的功耗，但是近年来，移动设备中使用的SoC通常是第一个使用较小的纳米工艺的处理器，例如Snapdragon 845 10nm，尽管其中包含巧妙的成分，但其​​进步速度比Intel的10nm工艺快得多，并且SoC还将具有相应的低功耗版本，因此无论是设计还是工艺上的差异，这导致了ARM，X86的功耗差异很大。

小核心架构

在旧的X86传统CPU中，如果是四核或双核，则内部的四个或两个核是完全相同的。在这种情况下，一旦软件只能调度一个内核，它就会以较高的频率运行。由于架构上的限制，其余的内核必须保持相同的高频和高压状态，这在无用的工作中浪费了大量能量。后来，开发了异步多核，允许不同的核以不同的频率工作，以换取更低的功耗。

由于移动设备更加关注功耗，因此ARM采用了更为激进的方法。在八个核心中，允许使用不同的Cortex-A架构核心，这就是著名的ARM bigLITTLE。这样大和小的核的设计目的非常明确，这是在有限的电池容量中考虑到性能和电池寿命的要求。因此，SoC内部的CPU使用异构计算，该异构计算既具有高性能大内核又具有低功耗小内核。

bigLITTLE体系结构框架，图片来自ARM官方网站

芯片设计制造商可以根据自己的需求设计目标产品。例如，当前的Qualcomm Snapdragon 84 5、华为的麒麟97 0、 MediaTek Helio X30都是bigLITTLE架构。在这种情况下，如果您只是轻扫微博和Moments，那么您只需要使用一个小核心即可完成任务，玩“ PUBG Mobile”吃鸡游戏可能会充斥着大大小小的核心，从而确保了性能的平衡和电池寿命。

因此，ARM的bigLITTLE异步多核体系结构非常值得参考。甚至有传言称英特尔将在第十代Core处理器Lakefield上使用该技术。高性能大内核是Ice Lake（下一代Core），具有低功耗和低功耗的特点。核心是Tremont（下一代Atom），因此，在二合一笔记本电脑中使用时，总功耗控制在35W之内。

ARM和X86也可以相互集成

之前，我们处于另一类“手机SoC和计算机的CPU性能之间有何区别？”，我总结道，RISC和CISC都有各自的优势。目前，两者之间的界限逐渐变得模糊。现代CPU通常使用CISC的设备，而某些RISC功能是在内部添加的。这也是英特尔处理器开始拥有RISC的典型示例。换句话说，实际上，CPU的未来发展方向之一是集成CISC和RISC，从软件和硬件的优势中学习，并进一步提高处理器的并行性和处理水平。

X8 6、 ARM在性能和功耗上均具有优势。尽管ARM一直希望进入高性能服务器市场，但始终风雨如磐。不久前，高通公司想挑战英特尔服务器的地位。 ARM服务器部门直接解雇了50％的员工，技术副总裁停止了工作。 ARM处理器也希望获得X86处理器的高性能，使其可以在移动笔记本电脑中使用，就像刚刚推出的Qualcomm Snapdragon 835 Windows笔记本电脑一样，但评估和响应水平中等。英特尔使用X86架构的Atom来制造手机SoC，但仍然输给了ARM，损失了数十亿美元。最后，它直接切断了项目，并诚实地构建了X86处理器。

因此，ARM和X86在各自领域中已站稳了脚跟。由于在设计开始时就存在不同的概念，因此很难渗透到另一个领域。只能说，将来两者之间的差异可能会减小。 ，继续学习和改进。

本文来自电脑杂谈，转载请注明本文网址：
http://www.pc-fly.com/a/shoujiruanjian/article-314480-1.html