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服務(wù)器、電腦、手機(jī)最重要的電子元件是什么？沒(méi)錯(cuò)，就是cpu處理器。主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)計(jì)算和控制功能，是核心部分。但是你知道cpu架構(gòu)有多少種嗎？什么？;主流的x86和arm有什么區(qū)別？
以下是一些常見(jiàn)的cpu架構(gòu):
x86
1978年6月8日，英特爾發(fā)布了epic cpu處理器8086，正式拉開(kāi)了x86架構(gòu)傳奇的序幕。首次引入x86作為8086的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言指令集，并定義了一些基本的使用規(guī)則。x86體系結(jié)構(gòu)使用cisc復(fù)雜指令集。同時(shí)，8086處理器的巨大成功直接讓英特爾成為cpu巨頭。如果你對(duì)8086不是那么熟悉，你一定聽(tīng)說(shuō)過(guò)奔騰處理器吧？除此之外，為了紀(jì)念8086k誕生40周年，今年英特爾發(fā)布了限量版處理器core i78086k。你聽(tīng)說(shuō)過(guò)嗎？
來(lái)自英特爾官方網(wǎng)站
畫(huà)
ia64(英特爾架構(gòu)64，英特爾架構(gòu)64)
哇，ia64聽(tīng)起來(lái)很奇怪，是的，雖然它 來(lái)自英特爾。但這可以說(shuō)是失敗的。x86向64位指令集過(guò)渡的時(shí)候，其中一個(gè)不小心被amd超過(guò)了，最后不得不和惠普一起推出自己的ia64指令集，不過(guò)這僅限于服務(wù)器，也是安騰處理器的起源(已經(jīng)涼了)。
圖片來(lái)自x86guide。
ia64到底是risc還是cisc指令集的延續(xù)真的不好說(shuō)，單純看基于hp s epic(顯式并行指令計(jì)算機(jī))，似乎更傾向于risc系統(tǒng)。
無(wú)聯(lián)鎖管道級(jí)的微處理器。
它是由斯坦福大學(xué)的hennessy教授的研究團(tuán)隊(duì)在20世紀(jì)80年發(fā)的，使用risc來(lái)設(shè)計(jì)芯片。與英特爾采用的cisc相比，risc具有設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)周期更短的優(yōu)勢(shì)，可以應(yīng)用更先進(jìn)的技術(shù)開(kāi)發(fā)更快的下一代處理器。mips是最早的商用risc架構(gòu)芯片之一。新的架構(gòu)集成了所有原有的mips指令集，并增加了許多更強(qiáng)大的功能。mips只是自己設(shè)計(jì)cpu，然后把設(shè)計(jì)方案授權(quán)給客戶，讓客戶可以可以制造高性能cpu。
讓mips聲名大噪的可能是2007年，計(jì)算機(jī)所的龍芯處理器獲得了mips的全部專利和指令集授權(quán)，開(kāi)始走上了一條基于mips的cpu研發(fā)之路。
圖片來(lái)自龍芯官網(wǎng)。
（ibm和apple公司聯(lián)合生產(chǎn)的）個(gè)人臺(tái)式機(jī)…
powerpc是一種基于risc精簡(jiǎn)指令集的cpu，由藍(lán)色巨人ibm與蘋(píng)果和摩托羅拉共同開(kāi)發(fā)。powerpc架構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn)是非常靈活，內(nèi)核數(shù)量靈活，所以在嵌入式設(shè)備中有很高的收益。對(duì)于服務(wù)器市場(chǎng)可以是多核，對(duì)于掌機(jī)可以是雙核，所以性能優(yōu)異，低能耗，低散熱。
圖片來(lái)自維基媒體
高級(jí)精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)
arm可以說(shuō)是一個(gè)正在崛起的cpu架構(gòu)，采用risc精簡(jiǎn)指令集。而且arm發(fā)展到今天，架構(gòu)非常靈活，可以根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)。同時(shí)高度節(jié)能，目前各種移動(dòng)設(shè)備中都有。據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用arm架構(gòu)的芯片年出貨量高達(dá)200億片。隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)，低功耗arm芯片的需求將會(huì)爆發(fā)。
圖片來(lái)自ifixit
cisc與risc之爭(zhēng)
從上面我們知道，在歷史的長(zhǎng)河中出現(xiàn)過(guò)很多cpu架構(gòu)，它們之間的差異是非常大的。經(jīng)過(guò)時(shí)間和用戶的考驗(yàn)，我們平時(shí)接觸到的cpu架構(gòu)只有x86和arm，按照核心的不同可以分為兩類，即 復(fù)雜指令集 和 精簡(jiǎn)指令集 系統(tǒng)，通常被視為 cisc 和 risc 。
要了解x86和arm cpu架構(gòu)，首先要了解cisc復(fù)雜指令集和risc精簡(jiǎn)指令集，因?yàn)閮烧叩牡谝粋€(gè)區(qū)別是x86使用復(fù)雜指令集(cisc)，而后者使用精簡(jiǎn)指令集(risc)。之所以使用不同的指令集，是因?yàn)樗鼈兠鎸?duì)的器件、對(duì)象和性能要求不同。手機(jī)soc一般都是基于arm提供的內(nèi)核，根據(jù)自身需求改變soc的核心架構(gòu)，arm就是risc精簡(jiǎn)指令集的代表。cpu巨頭intel和amd采用的x86架構(gòu)已經(jīng)用了幾十年，是cisc ;的復(fù)雜指令集。
cisc復(fù)雜指令系統(tǒng)是為了增強(qiáng)原有指令的功能，設(shè)置更復(fù)雜的新指令來(lái)實(shí)現(xiàn)一些大量重復(fù)的軟件功能的硬件。由于早期計(jì)算機(jī)主頻低，運(yùn)行速度慢，為了提高運(yùn)算速度，不得不在指令系統(tǒng)中加入更復(fù)雜的指令來(lái)提高計(jì)算機(jī)的處理效率，逐漸形成了以臺(tái)式計(jì)算機(jī)為首的復(fù)雜指令。系統(tǒng)計(jì)算機(jī)。它的指令集也在不斷更新和增加。比如英特爾在x299平臺(tái)的處理器上加入了avx 512指令集，就是為了提高某一方面的性能。
雖然cisc可以實(shí)現(xiàn)高性能cpu的設(shè)計(jì)，但是設(shè)計(jì)起來(lái)還是挺麻煩的。保持龐大的硬件設(shè)計(jì)正確并不容易，還要保證性能的提升，所以桌面cpu的研發(fā)時(shí)間慢慢變長(zhǎng)。這時(shí)，一些以arm為首的risc精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)開(kāi)始出現(xiàn)。
risc可以說(shuō)是從cisc取其精華去其糟粕，簡(jiǎn)化指令功能，減少指令的平均執(zhí)行周期，達(dá)到提高計(jì)算機(jī)工作主頻的目的。同時(shí)引入大量通用寄存器，減少不必要的讀寫(xiě)過(guò)程，提高子程序的執(zhí)行速度，從而縮短程序運(yùn)行時(shí)間和減少尋址，提高編譯效率，最終達(dá)到高性能的目的。
這兩套指令集一直在求同存異，都在架構(gòu)、運(yùn)算、軟硬件、編譯時(shí)間、運(yùn)行時(shí)間等諸多因素中追求某種平衡，以達(dá)到當(dāng)初設(shè)計(jì)的高效運(yùn)行的目的。
圖片來(lái)自新浪博客。
功耗限制
從cisc和risc的設(shè)計(jì)思想來(lái)看，不難發(fā)現(xiàn)它們是完全不同的。前者側(cè)重高性能方向，但帶來(lái)高功耗，后者側(cè)重低功耗嵌入式，對(duì)最強(qiáng)性能來(lái)說(shuō)不算太強(qiáng)。因此，我們也看到intel和amd擅長(zhǎng)設(shè)計(jì)具有超強(qiáng)性能的x86處理器，而高通和蘋(píng)果則依靠arm ip授權(quán)來(lái)設(shè)計(jì)面向性能的soc芯片。
就像我們之前的例子，酷睿i78086k可以輕松用完95w功耗，但是像高通驍龍845這樣的頂級(jí)soc只有5w，只有它的1/19，主要是因?yàn)槭謾C(jī)的體積越來(lái)越小，電池容量和能量密度的發(fā)展可以 t跟不上，手機(jī)用的arm核只能是低功耗。
一般來(lái)說(shuō)，處理器的功耗可以隨著制造技術(shù)的進(jìn)步而降低。然而，近年來(lái)，移動(dòng)設(shè)備采用的soc往往率先使用更小的納米技術(shù)工藝，如驍龍845的10nm。雖然這里面有貓膩，但是前進(jìn)的速度比intel s 10nm工藝。另外soc也會(huì)有相應(yīng)的低功耗版本的工藝，所以設(shè)計(jì)和工藝的差異導(dǎo)致了arm和x86在功耗上的巨大差異。
大型和小型核心架構(gòu)
以前傳統(tǒng)的x86 cpu如果是四核或者雙核的話，四兩個(gè)內(nèi)核是一模一樣的。在這種情況下，一旦軟件只能調(diào)度一個(gè)核心，工作在高頻，其他核心由于架構(gòu)限制，不得不維持同樣的高頻高壓狀態(tài)，在做無(wú)用功上浪費(fèi)了大量的能量。后來(lái)又開(kāi)發(fā)了異步多核，讓不同的內(nèi)核以不同的頻率工作，換取更低的功耗。因?yàn)橐苿?dòng)設(shè)備更關(guān)心功耗，所以arm采用了更激進(jìn)的方法。八個(gè)核心中允許不同的cortexa架構(gòu)核心，也就是著名的arm biglittle。這種大小核的設(shè)計(jì)目的很明確，就是在有限的電池容量下兼顧性能和續(xù)航的要求。所以soc內(nèi)部的cpu采用異構(gòu)計(jì)算，既有高性能的大核，也有低功耗的小核。
biglittl《絕地求生》吃雞游戲?qū)⑹勾笮『送耆蜷_(kāi)成為可能，從而保證性能和電池壽命的平衡。
因此，arm 的biglittl《手機(jī)soc與電腦的cpu性能究竟差多少？》總結(jié)說(shuō)，risc和cisc各有優(yōu)勢(shì)。目前兩者的界限逐漸模糊?，F(xiàn)代cpu往往采用cisc的外圍，而內(nèi)部加入一些risc特性。這也是英特爾處理器開(kāi)始擁有risc的典型例子。也就是說(shuō)，事實(shí)上，未來(lái)cpu的發(fā)展方向之一就是將cisc和risc集成，取長(zhǎng)補(bǔ)短 的軟硬件優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步提高處理器的并行性和工藝水平。
x86和arm在性能和功耗上各有優(yōu)勢(shì)。雖然arm一直想進(jìn)入高性能服務(wù)器市場(chǎng)，但一直雷聲大雨點(diǎn)小。不久前，想要挑戰(zhàn)英特爾 s服務(wù)器狀態(tài)，直接裁掉了arm服務(wù)器部門(mén)50%的員工，技術(shù)副總裁也不玩了。arm處理器也期望得到x86處理器的高性能，這樣就可以用在移動(dòng)筆記本上，就像剛剛推出的高通驍龍835 windows筆記本，但是評(píng)價(jià)和反響平平。intel用x86架構(gòu)的atom做手機(jī)的soc，還是輸給了arm，虧了幾十億，最后直接把項(xiàng)目砍了，老老實(shí)實(shí)做x86處理器。
所以arm和x86都在各自的領(lǐng)域站穩(wěn)了腳跟。由于設(shè)計(jì)之初的理念不同，很難互相滲透 的字段。只能說(shuō)他們?cè)诓粩嗟膰L試，以后可能會(huì)縮小兩者的差距，不斷的學(xué)習(xí)和提高。
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