解读x86、ARM和MIPS三种主流芯⽚架构
指令集可分为复杂指令集(CISC)和精简指令集(RISC)两部分，代表架构分别是、和。
  RISC是为了提⾼处理器运⾏速度⽽设计的芯⽚体系，它的关键技术在于流⽔线操作即在⼀个时钟周期⾥完成多条指令。相较复杂指令集CISC⽽⾔，以RISC为架构体系的指令集的指令格式统⼀、种类少、寻址⽅式少，简单的指令意味着相应硬件线路可以尽量做到最佳化，从⽽提⾼执⾏速率。因为指令集的精简，所以许多⼯作必须组合简单的指令，⽽针对复杂组合的⼯作便需要由编译程序来执⾏。⽽CISC体系的指令集因为硬件所提供的指令集较多，所以许多⼯作都能够以⼀个或是数个指令来代替，编译的⼯作因⽽减少了许多。
  ARM指令集架构的主要特点：⼀是体积⼩、低功耗、低成本、⾼性能;⼆是⼤量使⽤寄存器且⼤多数数据操作都在寄存器中完成，指令执⾏速度更快；三是寻址⽅式灵活简单，执⾏效率⾼；四是指令长度固定，可通过多流⽔线⽅式提⾼处理效率。
  是⾼效精简指令集计算机体系结构中的⼀种，与当前商业化最成功的ARM架构相⽐，的优势主要有五点：⼀是早于ARM⽀持64bit指令和操作，截⾄⽬前MIPS已⾯向⾼中低端市场先后发布了P5600系列、I6400系列和M5100系列64位处理器架构，其中P5600、
I6400单核性能分别达到3.5和3.0DMIPS/MHz，即单核每秒可处理350万条和300万条指令，超过ARM Cortex-A53 230万条/秒的处理速度;⼆是MIPS有专门的除法器，可以执⾏除法指令；三是MIPS的内核寄存器⽐ARM多⼀倍，在同样的性能下MIPS的功耗会⽐ARM更低，同样功耗下性能⽐ARM更⾼；四是MIPS指令⽐ARM稍微多⼀些，执⾏部分运算更为灵活；五是MIPS在架构授权⽅⾯更为开放，允许授权商⾃⾏更改设计，如更多核的设计。
  同时，MIPS架构也存在⼀些不⾜之处：⼀是MIPS的内存地址起始有问题，这导致了MIPS在内存和cache的⽀持⽅⾯都有限制，即MIPS单内核⽆法⾯对⾼容量内存配置;⼆是MIPS技术演进⽅向是并⾏线程，类似INTEL的超线程，⽽ARM未来的发展⽅向是物理多核，从⽬前核⼼移动设备的发展趋势来看物理多核占据了上风；三是MIPS虽然结构更加简单，但是到现在还是顺序单/双发射，ARM则已经进化到了乱序双/三发射，执⾏指令流⽔线周期远不如ARM⾼效；四是MIPS学院派发展风格导致其商业进程远远滞后于ARM，当ARM与⾼通、苹果、NVIDIA等芯⽚设计公司合作⼤举进攻移动终端的时候，MIPS还停留在⾼清盒⼦、打印机等⼩众市场产品中；五是MIPS⾃⾝系统的软件平台也较为落后，应⽤软件与ARM体系相⽐要少很多。
  CISC是⼀种为了便于编程和提⾼记忆体访问效率的芯⽚设计体系，包括两⼤主要特点：⼀是使⽤微代码，指令集可以直接在微代码记忆体⾥执⾏，新设计的处理器，只需增加较少的电晶体就可以执⾏同样的指令集，也可以很快地编写新的指令集程式;⼆是拥有庞⼤的指令集，x86拥有包括双运算元格
式、寄存器到寄存器、寄存器到记忆体以及记忆体到寄存器的多种指令类型，为实现复杂操作，微处理器除向程序员提供类似各种寄存器和机器指令功能外，还通过存于只读存储器(ROM)中的微程序来实现极强的功能，微处理器在分析完每⼀条指令之后执⾏⼀系列初级指令运算来完成所需的功能。
  x86指令体系的优势体现在能够有效缩短新指令的微代码设计时间，允许实现CISC体系机器的向上兼容，新的系统可以使⽤⼀个包含早期系统的指令集合。另外微程式指令的格式与⾼阶语⾔相匹配，因⽽编译器并不⼀定要重新编写。相较ARM RISC指令体系，其缺点主要包括四个⽅⾯。
  第⼀，通⽤寄存器规模⼩，x86指令集只有8个通⽤寄存器，CPU⼤多数时间是在访问存储器中的数据，影响整个系统的执⾏速度。⽽RISC系统往往具有⾮常多的通⽤寄存器，并采⽤了重叠寄存器窗⼝和寄存器堆等技术，使寄存器资源得到充分的利⽤。
  第⼆，解码器影响性能表现，解码器的作⽤是把长度不定的x86指令转换为长度固定的类似于RISC的指令，并交给RISC内核。解码分为硬件解码和微解码，对于简单的x86指令只要硬件解码即可，速度较快，⽽遇到复杂的x86指令则需要进⾏微解码，并把它分成若⼲条简单指令，速度较慢且很复杂。
  第三，x86指令集寻址范围⼩，约束⽤户需要。
  第四，x86 CISC单个指令长度不同，运算能⼒强⼤，不过相对来说结构复杂，很难将CISC全部硬件
集成在⼀颗芯⽚上。⽽ARM RISC单个指令长度固定，只包含使⽤频率最⾼的少量指令，性能⼀般但结构简单，执⾏效率稳定。
三种主流芯⽚架构
1. ARM
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。
ARM处理器的主要特点是：
1. 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
2. ⽀持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好的兼容8位/16位器件；
3. ⼤量使⽤寄存器，指令执⾏速度更快；
4. ⼤多数数据操作都在寄存器中完成；
5. 寻址⽅式灵活简单，执⾏效率⾼；
6. 指令长度固定。
7. 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。
8. 流⽔线处理⽅式
2. MIPS
MIPS架构（英语：MIPS architecture，为Microprocessor without interlocked piped stages architecture的缩写，亦为Millions of Instructions Per Second的相关语），是⼀种采取精简指令集（RISC）的处理器架构，1981年出现，由MIPS科技公司开发并授权，⼴泛被使⽤在许多电⼦产品、⽹络设备、个⼈娱乐装置与商业装置上。最早的MIPS架构是32位，最新的版本已经变成64位。
它的基本特点是：
1. 包含⼤量的寄存器、指令数和字符
2. 可视的管道延时时隙
这些特性使MIPS架构能够提供最⾼的每平⽅毫⽶性能和当今SoC设计中最低的能耗。
3. X86
X86架构是芯⽚巨头Intel设计制造的⼀种微处理器体系结构的统称。如果这样说你不理解，那么当我说出8086,80286等这样的词汇时，相信你肯定马上就理解了，正是基于此，X86架构这个名称被⼴为⼈知。
如今，我们所⽤的PC绝⼤部分都是X86架构。可见X86架构普及程度，这也和Intel的霸主地位密切相关。
x86架构和arm架构区别x86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。
总结：

版权声明：本站内容均来自互联网，仅供演示用，请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198，我们将在24小时内删除。