CPU架构讲解X86、ARM、RISC、MIPS
一、当前CPU的主流架构:
1.X86架构
采用CISC指令集(复杂指令集计算机),程序的各条指令是按顺序串行执行的,
每条指令中的各个操作也是按顺序串行执行的。
2.ARM架构
是一个32位的精简指令集(RISC)架构。
3.RISC-V架构
是基于精简指令集计算(RISC)原理建立的开放指令集架构。
4.MIPS架构
是一种采取精简指令集(RISC)的处理器架构,可支持高级语言的优化执行。
CPU架构是CPU厂商给属于同一系列的CPU产品定的一个规范,是区分不同类
型CPU的重要标示。
二、目前市面上的CPU分类主要分有两大阵营:
1.intel、AMD为首的复杂指令集CPU;
2.IBM、ARM为首的精简指令集CPU。
两个不同品牌的CPU,其产品的架构也不相同,例如,Intel、AMD的CPU是X86架构的,而IBM的CPU是PowerPC架构,ARM是ARM架构。
三、四大主流CPU架构详解(X86、ARM、RISC、MIPS)
1.X86架构
X86是微处理器执行的计算机语言指令集,指一个Intel通用计算机系列的标准编号缩写,也标识一套通用的计算机指令集合。1978年6月8日,Intel 发布了新款16位微处理器8086,也同时开创了一个新时代:X86架构诞生了。
X86指令集是Intel为其第一块16位CPU(i8086)专门开发的,IBM 1981年推出的世界第一台PC机中的CPU–i8088(i8086简化版)使用的也是X86指令。
采用CISC(Complex Instruction Set Computer,复杂指令集计算机)架构。与采用RISC不同的是,在CISC处理器中,程序的各条指令是按顺序串行执行的,每条指令中的各个操作也是按顺序串行执行的。顺序执行的优点是控制简单,但计算机各部分的利用率不高,执行速度慢。
随着CPU技术的不断发展,Intel陆续研制出更新型的i80386、i80486直到今天的Pentium 4系列,但为了保证电脑能继续运行以往开发的各类应用程序以保护和继承丰富的软件资源,所以Intel所生产的所有CPU仍然继续使用X86指令集。
Intel CPU体系架构分析:
目前我们所遇到的CPU体系架构按照名称主要分为两大类:IA和x86,在这两类下又分别划分有32位和64位。按照这样的分类,就出现了四种体系架构名称:IA-32,IA-64,X86-32,X86-64。
1)x86
x86是Intel首先研发的一种CPU体系架构,这种体系架构也常被称为80×86。该系列最早的处理器即为16位的Intel 8086。由于Intel早年对于这个系列的处理器都是以80开头并以86结尾,比如Intel 8086、8
0186、80286及80386等,因此用x86或者80×86表示该体系架构,其中“x”即为英文字母x。
x86代表一类处理器的体系架构,并不特指Intel的处理器,比如AMD也生产遵循x86架构的处理器。另外,x86体系架构包含16位、32位和64位。
2)x86-32
表示32位的x86体系架构,该系列也被称为IA-32或i386,甚至直接使用x86来代表这种体系架构。该架构的第一款CPU为Intel 80386,它完全取代了16位x86架构的CPU。
3)x86-64
表示64位的x86体系架构。该架构由AMD首推,因此AMD将其称为AMD64。Intel随后也推出了64位的x86架构,将其称为Intel64。由于这两个64位的架构几乎相同,因此许多其他厂商使用不偏袒任何厂商的称呼x86-64来表示对这两个架构的兼容。该架构有时也被称为x86_64或x64,某些厂商也用AMD64或amd64同时表示Intel64和AMD64。
4)IA-32
表示英特尔32位元架构,英文全称为Intel Architecture 32-bit.它与x86-
32表示同一种体系架构,只不过Intel现如今将x86-32称为IA-32。
5)IA-64
表示Intel与惠普合作开发的一种崭新的64位体系架构,它与x86架构不兼
容。因此,IA-64与上面提到的x86-64或x64代表的含义不同。
2.ARM架构
ARM是高级精简指令集的简称(Advanced RISC Machine),它是一个32位的精简指令集(RISC)架构,但也配备16位指令集,一般来讲比等价32位代码节省达35%,却能保留32位系统的所有优势。
其广泛地使用在许多嵌入式系统设计。由于节能的特点,ARM处理器非常适用于移动通讯领域,符合其主要设计目标为低耗电的特性。如今,ARM家族占了所有32位嵌入式处理器75%的比例,使它成为占全世界最多数的32位架构之一。ARM 处理器可以在很多消费电子产品上看到。
体积小、低功耗、低成本、高性能——ARM被广泛应用在嵌入式系统中的最重要的原因支持Thumb(16位)/ARM(32位)双指令集,能很好的兼容8位/16位器件;大量使用寄存器,指令执行速度更快;大多数数据操作都在寄存器中完成;
寻址方式灵活简单,执行效率高;指令长度固定。Load_store结构:在RISC中,所有的计算都要求在寄存器中完成。而寄存器和内存的通信则由单独的指令来完成。
而在CSIC中,CPU是可以直接对内存进行操作的。流水线处理方式
Ps : RISC和CISC
个人计算机也常被成为X86 架构计算机,因为当前计算机大量应用的是英特尔X86 架构的CPU。X86 架构的CPU 采用的是复杂指令集,而当前手机芯片采用的是精简指令集。所谓指令集是处理器可以执行操作的最小单元的集合,例如加减乘除就是由具体的指令来实现的。复杂指令集(CISC)指令数目多而且复杂,每条指令长度也不相同,指令执行具有灵活性,单条个别指令可以处理较为丰富的工作内容,但是带来的问题是更多的灵活性使得CISC 处理器资源利用率不高,就好比5 项全能选手虽然能跑能跳,但是跟跑步专项选手相比不占优势。精简指令集(RISC)处理器就是我们所说的专项选手,微指令集较为精简、完成动作单一。因此单个微指令运行时间较为简短,要完成相对复杂的操作,需要运行的微指令个数增多。
RISC:精简指令集处理器,Reduced Instruction Set Computer
RISC结构简单,选取了使用频率高的简单指令,指令长度固定,多为单周期指令在功耗、体积、价格等方面有很大优势,多用于嵌入式领域
CISC:复杂指令集处理器
x86架构和arm架构区别侧重于硬件执行指令的功能性,CISC指令及处理器的硬件结构复杂
CISC指令复杂,指令长度与周期不固定,在处理能力上有优势
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