PC-CPU-001A--cpu架构初识

文章目录

• cpu架构类型
• • arm架构和x86架构区别
  • • arm架构
    • x86架构
    • 区别
  • 64位版本为什么叫amd64，而不是intel64
  • • 问题：
    • X86
    • AMD64/x86-64
    • EM64T
    • IA-64
  • MIPS、ARM、X86三大架构历史

cpu架构类型

cpu架构有

X86架构

（英特尔的intel，上海的兆芯,海光），

ARM架构

（飞腾科技集团的飞腾，华为的鲲鹏），

MIPS架构

（中科院的龙芯），

ALPHA架构

（申威）

虽然mips也算是半自主，而且龙芯有中科院的背景。但是国家还是不会支持mips架构的，因为mips架构的专利权在美国人手里，还要给mips公司交钱。。

现在美国对中国步步紧逼。而alpha架构是完全开源的，就和linux一样，不用交一分钱，可以自主修改。所以中国的超级计算机用alpha架构申威16核cpu而不用mips架构的龙芯就是这个原因。

现在申威嵌入式cpu已经在军队大规模使用了，也是alpha架构的。

arm架构和x86架构区别

arm架构

ARM架构过去称作进阶精简指令集机器（AdvancedRISCMachine，更早称作：AcornRISCMachine），是一个32位精简指令集（RISC）处理器架构，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。

在今日，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性电子产品上看到，从可携式装置（PDA、移动电话、多媒体播放器、掌上型电子游戏，和计算机）到电脑外设（硬盘、桌上型路由器）甚至在导弹的弹载计算机等军用设施中都有他的存在。在此还有一些基于ARM设计的派生产品，重要产品还包括Marvell的XScale架构和德州仪器的OMAP系列。

ARM架构图

下图所示的是ARM构架图。它由32位ALU、若干个32位通用寄存器以及状态寄存器、32&TImes;8位乘法器、32&TImes;32位桶形移位寄存器、指令译码以及控制逻辑、指令流水线和数据/地址寄存器组成。

1、ALU：它有两个操作数锁存器、加法器、逻辑功能、结果以及零检测逻辑构成。

2、桶形移位寄存器：ARM采用了32&TImes;32位的桶形移位寄存器，这样可以使在左移/右移n位、环移n位和算术右移n位等都可以一次完成。

3、高速乘法器：乘法器一般采用“加一移位”的方法来实现乘法。ARM为了提高运算速度，则采用两位乘法的方法，根据乘数的2位来实现“加一移位”运算;ARM高速乘法器采用32&TImes;8位的结构，这样，可以降低集成度（其相应芯片面积不到并行乘法器的1/3）。

4、浮点部件：浮点部件是作为选件供ARM构架使用。FPA10浮点加速器是作为协处理方式与ARM相连，并通过协处理指令的解释来执行。

5、控制器：ARM的控制器采用的是硬接线的可编程逻辑阵列PLA。

6、寄存器

x86架构

目前的PC架构绝大多数都是Intel的X86架构，貌似也是因为INTEL的这个X86架构早就了目前INTEL如日中天的地位。X86架构（The X86 architecture）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。

当然，这个架构图并不是所有的都是如此，根据不同的主板，平台，架构是略有差别的比如说，目前很多主板已经将北桥集成到CPU当中，将南桥集成为PCH，但大致的框架还是如此的。下面对这个架构图上的各个内容分别进行一些简介。

1：CPU，大家都不陌生的名词，中央处理器，计算机的核心大脑。

2： 北桥（North Bridge Chipset）：北桥是电脑主板上的一块芯片，位于CPU插座边，起连接作用。

3：南桥芯片（South Bridge）是主板芯片组的重要组成部分，一般位于主板上离CPU插槽较远的下方，PCI插槽的附近，这种布局是考虑到它所连接的I/O总线较多，离处理器远一点有利于布线。

4： 内存是计算机中重要的部件之一，它是与CPU进行沟通的桥梁。计算机中所有程序的运行都是在内存中进行的，因此内存的性能对计算机的影响非常大。

5：显卡（Video card，Graphics card）全称显示接口卡，又称显示适配器，是计算机最基本配置、最重要的配件之一。

6：显示j接口

7：网卡是工作在链路层的网络组件，是局域网中连接计算机和传输介质的接口，不仅能实现与局域网传输介质之间的物理连接和电信号匹配，还涉及帧的发送与接收、帧的封装与拆封、介质访问控制、数据的编码与解码以及数据缓存的功能等。

8：声卡的基本功能是把来自话筒、磁带、光盘的原始声音信号加以转换，输出到耳机、扬声器、扩音机、录音机等声响设备，或通过音乐设备数字接口（MIDI）使乐器发出美妙的声音。

9：SATA（Serial Advanced Technology Attachment，串行高级技术附件）是一种基于行业标准的串行硬件驱动器接口，是由Intel、IBM、Dell、APT、Maxtor和Seagate公司共同提出的硬盘接口规范。

10：硬盘是电脑主要的存储媒介之一，由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成。碟片外覆盖有铁磁性材料。

11：总线

区别

一、性能

　　X86结构的电脑无论如何都比ARM结构的系统在性能方面要快得多、强得多。X86的CPU随便就是1G以上、双核、四核大行其道，通常使用45nm（甚至更高级）制程的工艺进行生产；而ARM方面：CPU通常是几百兆，最近才出现1G左右的CPU，制程通常使用不到65nm制程的工艺，可以说在性能和生产工艺方面ARM根本不是X86结构系统的对手。

但ARM的优势不在于性能强大而在于效率，ARM采用RISC流水线指令集，在完成综合性工作方面根本就处于劣势，而在一些任务相对固定的应用场合其优势就能发挥得淋漓尽致。

二、扩展能力

　　X86结构的电脑采用“桥”的方式与扩展设备（如：硬盘、内存等）进行连接，而且x86结构的电脑出现了近30年，其配套扩展的设备种类多、价格也比较便宜，所以x86结构的电脑能很容易进行性能扩展，如增加内存、硬盘等。

ARM结构的电脑是通过专用的数据接口使CPU与数据存储设备进行连接，所以ARM的存储、内存等性能扩展难以进行（一般在产品设计时已经定好其内存及数据存储的容量），所以采用ARM结构的系统，一般不考虑扩展。基本奉行“够用就好”的原则。

三、操作系统的兼容性

　　X86系统由微软及Intel构建的Wintel联盟一统天下，垄断了个人电脑操作系统近30年，形成巨大的用户群，也深深固化了众多用户的使用习惯，同时x86系统在硬件和软件开发方面已经形成统一的标准，几乎所有x86硬件平台都可以直接使用微软的视窗系统及现在流行的几乎所有工具软件，所以x86系统在兼容性方面具有无可比拟的优势。

ARM系统几乎都采用Linux的操作系统，而且几乎所有的硬件系统都要单独构建自己的系统，与其他系统不能兼容，这也导致其应用软件不能方便移植，这一点一直严重制约了ARM系统的发展和应用。GOOGLE开发了开放式的Android系统后，统一了ARM结构电脑的操作系统，使新推出基于ARM结构的电脑系统有了统一的、开放式的、免费的操作系统，为ARM的发展提供了强大的支持和动力。

四、软件开发的方便性及可使用工具的多样性

　　X86结构的系统推出已经近30年，在此期间，x86电脑经过飞速发展的黄金时期，用户的应用、软件配套、软件开发工具的配套及兼容等工作，已经到达非常成熟甚至可以说是完美的境界。所以使用X86电脑系统不仅有大量的第三方软件可供选择，也有大量的软件编程工具可以帮助您完成您所希望完成的工作。

Arm结构的电脑系统因为硬件性能的制约、操作系统的精简、以及系统兼容等问题的制约，造成Arm结构的电脑系统不可能像X86电脑系统那样有众多的编程工具和第三方软件可供选择及使用，ARM的编程语言大多采用C和JAVA。

对这一点的比较，更直接的结论是：基于x86结构电脑系统平台开发软件比arm结构系统更容易、更简单、实际成本也更低，同时更容易找到第三方软件（免去自己开发的时间和成本），而且软件移植更容易。

从以上对比分析，给了我们的一个很清晰的感觉，ARM和X86结构的电脑根本就无法对比，ARM根本就不是X86电脑的的对手。是的，如果只考虑上述几个方面的要数，ARM确实无法与X86电脑竞争，甚至连比较的资格都没有。但是近1、2年，ARM的产品在终端应用特别是手持终端应用飞速发展（如：智能手机、平板电脑等），其销售数量已经远远超出x86结构的电脑销售数量，可见ARM是具有其与X86结构电脑不可对比的优势。该优势就是：功耗。

五、功耗

　　X86电脑因考虑要适应各种应用的需求，其发展思路是：性能+速度。20多年来x86电脑的速度从原来8088的几M发展到现在随便就是几G，而且还是几核，其速度和性能已经提升了千、万倍，技术进步使x86电脑成为大众生活中不可缺少的一部分。但是x86电脑发展的方向和模式，使其功耗一直居高不下，一台电脑随便就是几百瓦，即使是号称低功耗节能的手提电脑或上网本，也有十几、二十多瓦的功耗，这与ARM结构的电脑就无法相比。

64位版本为什么叫amd64，而不是intel64

问题：

lsb_release -a命令中，显示LSB Version: :core-4.1-amd64

[[email protected]:/etc/yum.repos.d ]# yum install redhat-lsb
 
 
[[email protected]:/etc/yum.repos.d ]# lsb_release -a
LSB Version:	:core-4.1-amd64:core-4.1-noarch:cxx-4.1-amd64:cxx-4.1-noarch:desktop-4.1-amd64:desktop-4.1-noarch:languages-4.1-amd64:languages-4.1-noarch:printing-4.1-amd64:printing-4.1-noarch
Distributor ID:	CentOS
Description:	CentOS Linux release 7.5.1804 (Core) 
Release:	7.5.1804
Codename:	Core
           

原文链接：https://blog.csdn.net/csdn_immortal/article/details/80751855

X86

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。

在40年的发展史中，x86家族不断壮大，从桌面转战笔记本、服务器、超级计算机、编写设备，期间还挫败或者限制了很多竞争对手的发展，让不少处理器厂商及其架构技术成为历史名字，即使有些封闭发展的也难以为继，比如苹果就已经放弃PowerPC了。

AMD64/x86-64

x86-64有时会简称为“x64”，是64位微处理器架构及其相应指令集的一种，也是Intel x86架构的延伸产品。“x86-64”1999由AMD设计，AMD 首次公开 64 位集以扩充给 IA-32，称为 x86-64（后来改名为 AMD64）。 AMD64架构在IA-32上新增了64位寄存器，并兼容早期的16位和32位软件，可使现有以x86为对象的编译器容易转为AMD64版本。

由于AMD64和Intel64基本上一致，很多软硬件产品都使用一种不倾向任何一方的词汇来表明它们对两种架构的同时兼容。出于这个目的，AMD对这种CPU架构的原始称呼 - “x86-64”被不时地使用，还有变体“x86_64”。其他公司如微软和Sun在营销资料中使用“x64”作为对“x86-64”的缩写。

许多操作系统及产品，尤其那些是在Intel进入这块市场之前就引入“x86-64”支持的，使用“AMD64”或“amd64”同时指代AMD64和Intel64。

EM64T

Intel的EM64T技术，EM64T技术官方全名是Extended Memory 64 Technology，中文解释就是扩展64bit内存技术。

EM64T本质上和AMD64一样都是IA-32的增强版本，Xeon借助于EM64T可实现高达1TB（40bit）的物理内存寻址和256TB（48bit）的虚拟内存寻址，并且良好地支持现有32位x86代码的执行，这一点跟AMD64无异，同时也是Intel开发EM64T的出发点—让现有的x86指令集能够执行64位代码，而继续保持对32位代码的良好兼容。

IA-64

Intel在之前已在Itanium处理器上使用了自家的64位IA-64技术，虽然说Intel 64也是64位，但两者并不兼容，即IA-64的软件不能直接在Intel 64上运行。Intel 64所用的x86-64是IA-32指令集的延伸，而IA-64则是另一款独立的架构，没有任何IA-32的影子。虽然IA-64可通过模拟来运行IA-32的指令，但指令在运行前需经转换，才能在IA-64上运行，导致其速度变慢。由于x86-64是从IA-32派生而来，因此运行IA-32与64位程序的表现也显得绰绰有余。

目前市场上Intel兼容处理器可以实现64位计算的主要有3种：

1. Intel IA64，基于安腾2处理器，不兼容32位应用，软件相对本模式的版本叫 xxx for Itanium 。
2. Intel EM64T，基于Xeon DP “Nocona”和MP处理器，兼容32位应用，软件相对本模式的版本叫 xxx for x86-64或者amd64。
3. AMD AMD64，基于Opteron处理器，兼容32位应用，软件相对本模式的版本叫 xxx for x86-64或者amd64。

转载出处

MIPS、ARM、X86三大架构历史

1、

RISC平台的发展已经有长达几十年的历史了。其最早诞生于80年代的MIPS主机，随着技术的不断发展，RISC平台的应用领域逐步扩展，小到手机， 大到工控设备都可以见到他的身影。随着RISC平台的发展还诞生了与之相适应的应用软件，最终组成了现在人们较为熟知的嵌入式系统。当前桌面级消费者最为 熟知的Atom凌动平台便是嵌入式代表之一。但是与今天我们所要谈到的两位主角相比，intel的凌动平台就是小巫见大巫了。这正是诞生了RISC平台的 MIPS和当前RISC领域中最为强大的ARM。

MIPS是世界上很流行的一种RISC处理器。MIPS的意思"无内部互锁流水级的微处理器"(Microprocessor without interlocked piped stages)，其机制是尽量利用软件办法避免流水线中的数据相关问题。它最早是在80年代初期由斯坦福(Stanford)大学Hennessy教授领导的研究小组研制出来的。MIPS公司的R系列就是在此基础上开发的RISC工业产品的微处理器。这些系列产品为很多计算机公司采用构成各种工作站和计算机系统。MIPS技术公司是美国著名的芯片设计公司，它采用精简指令系统计算结构(RISC)来设计芯片。和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、设计周期更短等优点，并可以应用更多先进的技术，开发更快的下一代处理器。MIPS是出现最早的商业RISC架构芯片之一，新的架构集成了所有原来MIPS指令集，并增加了许多更强大的功能。

MIPS处理器是八十年代中期RISC CPU设计的一大热点。MIPS是卖的最好的RISC CPU，可以从任何地方，如Sony，Nintendo的游戏机，Cisco的路由器和SGI超级计算机，看见MIPS产品在销售。目前随着RISC体系结构遭到x86芯片的竞争，MIPS有可能是起初RISC CPU设计中唯一的一个在本世纪盈利的。和英特尔相比，MIPS的授权费用比较低，也就为除英特尔外的大多数芯片厂商所采用。MIPS的系统结构及设计理念比较先进，其指令系统经过通用处理器指令体系MIPS I、MIPS II、MIPS III、MIPS IV到MIPS V，嵌入式指令体系MIPS16、MIPS32到MIPS64的发展已经十分成熟。在设计理念上MIPS强调软硬件协同提高性能，同时简化硬件设计。

中国龙芯2和前代产品采用的都是64位MIPS指令架构，它与大家平常所知道的X86指令架构互不兼容，MIPS指令架构由MIPS公司所创，属于RISC体系。过去，MIPS架构的产品多见于工作站领域，索尼PS2游戏机所用的"Emotion Engine"也采用MIPS指令，这些MIPS处理器的性能都非常强劲，而龙芯2也属于这个阵营，在软件方面与上述产品完全兼容。普通用户关注MIPS主要还是因为我国所谓的"龙芯"。龙芯一开始抄袭MIPS，后来购买到了授权。倒也并非龙芯不想发展X86架构的桌面CPU市场或者ARM架构的移动设备市场，是因为这两家的授权太过于苛刻。X86的授权Intel已然不可能再授权。ARM是一家芯片设计公司，只能给出使用授权，不会同意让龙芯自行设计。只有MIPS才可行，MIPS的授权说白了就是随便抄随便改。很多龙芯的支持者提出了MIPS在理论上有诸多的领先，但不要忘了ARM是一家商业公司，市场占有率高，竞争意识也非常强。几乎所有的智能手机都是ARM架构，就是最有力的证明。

从某些方面来看，MIPS和ARM非常相似，都是采用精简指令集，都是针对低功耗应用设计，而且都是采用第三方授权方式生产；但实际上两者也有几大的不同，学院派的MIPS允许第三方对CPU架构进行大幅修改，而ARM只允许全球极少的几家半导体公司修改CPU架构（包括高通、苹果、NVIDIA和三星，全是半导体大拿），其他生产ARM芯片的公司都是直接采用ARM公版设计，而不能做任何修改（例如华为海思）。ARM的这项策略显然很适合商业推广，对第三方公司的技术要求也有所降低，开发的周期也会大大缩短，只需要照着ARM公版的CPU和GPU架构找芯片代工厂下单、流片、生产即可。

intel虽然有名但其凌动处理器也只是RISC领域中的小字辈

2、

　 　当今处理器一共有三个最强大的架构，其中之一是以intel和AMD为代表的x86架构，另外一个是手机，平板处理器所使用的ARM架构，最后一个便是我国龙芯处理器所选择的MIPS架构。这三大处理器架构中，x86和ARM是商业化进程最为优秀的两大架构。也正是因为这两大架构的商业化进程太为出色，所以我国的龙芯处理器才被很多人批判为最严重的选择性失误。龙芯处理器的架构选择并没有错误，相反的如果龙芯要想得到更好的发展，选择MIPS才是最为正确的道路。x86架构的拥有者intel可以算作是技术合作上最抠门儿的一位，在推出x86架构之后，intel就只将这一架构授权给过AMD和VIA等几个芯片公司。而在VIA退出x86架构处理器竞争之后，intel便不再给任何公司x86架构授权。所以从x86架构上入手，龙芯处理器显然是行不通的。 intel的x86架构行不通，那么ARM架构是否就能行得通呢？答案当然也是否定的。

x86被intel独占几十年，奉行的是肥水不流外人田的政策

3、

　 　ARM公司是一家非常优秀的芯片设计公司，但自身并不生产处理器，而是将自身的设计licensing卖给需要处理器的公司,而后交给他们生产或者是找人代工。也许有人要问了，既然ARM向外卖出架构设计，那么为何龙芯不去选择ARM架构呢？其实不然，ARM之所以能够发展成为一家非常成功的商业性公司，靠的就是芯片的架构设计，倘若架构设计被别人夺走了，那么自己就丢掉了赖以生存的饭碗。所以ARM虽然对外进行licensing授权，却不允许购买者进行任何对ARM架构有更改的设计。倘若个更改了设计，那么这便违反了合作协定,ARM便有权撤回licensing授权。我国的龙芯要是选择了ARM架构的话，那么基本上也就被捆住了脚步，无法发展出属于自己的高性能处理器了。

苹果A4处理器是ARM体系中的另类产品

4、

　 　考虑到市场发展的问题ARM也对外妥协过。目前高通，苹果和NVIDIA这三家公司便是ARM体系中较为特殊的几个。因为这三家公司在芯片设计领域的特殊地位，ARM为了能够拉拢他们站立在自己的阵营中，对这三家公司开出了特别通行证。在其他芯片公司只能使用 licensing去生产芯片的时候，高通，苹果和NVIDIA却能够自行设计基于ARM架构的处理器。也正是拉拢到了高通，苹果和NVIDIA，才使得ARM拥有了更多的支持者。但即便这样，我们也不得不佩服ARM的老狐狸作风，在给出架构授权后，ARM依然会通过升级下一代架构为由让高通，苹果和 NVIDIA再掏一回钱购买架构授权。这样ARM就可以再赚一把。相信看到这里您应该了解到龙芯不选择ARM的原因了。

MIPS和ARM虽然都是对外进行架构授权的公司，但意义完全不同。ARM对外出售的是设计方案授权 （licensing），与ARM的商业化相比，MIPS倒像是学院派的公司。MIPS的架构授权，并不限制任何对MIPS架构的更改。换句话说，就是 MIPS公司给授权者一张白纸，而白纸上仅仅写着一行字，MIPS公司同意你设计生产MIPS架构处理器，至于你设计成什么样，性能有多高，经过多少代更改，MIPS一概不管，只要你不把架构彻底改变就行了。与ARM相比，MIPS是一个完全开放的架构，对龙芯未来的发展没有任何的限制，这与intel给 AMD x86架构授权，而不是给设计图纸的道理是完全一样的。在加上MIPS本身经过几十年的发展，已经拥有了众多的应用软件，综合考虑来看，MIPS是最为适合龙芯处理器发展的架构选择。RISC平台是诞生于MIPS早先产品的，也正是RISC平台的诞生，才最终发展成为了我们现在的智能手机与平板机这样强大的产品。然而作为RISC系统的创始人，MIPS的商业化发展并非一帆风顺，也许是受公司前身是大学科学实验室的影响。公司高层对商业化发展嗤之以鼻， 这才令本身技术要落后于MIPS的ARM得到了发展时机。

MIPS架构国内的代表龙芯处理器

出处