网站内容规划模板,网站建设要入什么科目,版面设计图大全简单又漂亮,温州网上推广什么网站好编者按#xff1a;鉴于笔者水平有限#xff0c;文中难免有不当之处#xff0c;还请各位读者海涵。 是为序
我猜#xff0c;常年混迹CSDN的同学应该不会没听说过CPU吧#xff1f;
但你真的了解CPU吗#xff1f;那笔者问你CPU有哪些架构呢#xff1f;
如果你对你的答案… 编者按鉴于笔者水平有限文中难免有不当之处还请各位读者海涵。 是为序
我猜常年混迹CSDN的同学应该不会没听说过CPU吧
但你真的了解CPU吗那笔者问你CPU有哪些架构呢
如果你对你的答案不是很确定那刚好不妨跟随笔者来大致了解一下吧~
下面开始正文。 CISC/RISC
照例先抛出几个问题带着问题来阅读本文效果会更好。
目前市面上有哪些CPU厂商呢他们所采用的CPU架构又是哪些呢不同的CPU架构下面又有哪些CPU品牌呢
话不多说让咱们来一一解密。
先说说CPU厂商在PC和服务器领域Intel和AMD是耳熟能详的在移动消费领域有基于ARM架构进行设计的TI、ST、NXP等等它们都是头部的CPU厂商。当然还有国产的CPU厂商后面会介绍到。
再来说说CPU架构那什么是CPU架构? CPU架构是CPU厂商给属于同一系列的CPU产品设定的一个规范其目的是为了区分不同类型的CPU。 我们知道CPU是为了执行计算机指令而诞生的根据计算机指令集的不同呢市面上的CPU可以分为两大阵营CISC和RISC。 CISC: Complex Instruction Set Computer, 复杂指令集计算机 CISC指令集的设计理念是尽可能减小指令的数量让每一条指令实现更复杂的功能从而降低CPU向内存取指令的频率进而减小程序的执行时间提升计算性能。为了让某一条指令能实现更复杂的功能CISC的指令设计采用变指令长度。而这必然对CPU硬件电路设计提出了非常高的要求往往需要非常复杂的控制、解码、执行电路。
基于任何事情都可以用二八定律来描述计算机指令集也不例外。据实际统计CISC中只有20%的指令才会被经常使用而剩下的80%则较少使用。也就是说为了实现那极少使用的80%的指令代价是复杂的硬件控制电路和编译器设计这值得吗
基于此一种新的CPU设计理念——RISC便诞生了。 RISC: Reduced Instruction Set Computer, 精简指令集计算机 RISC指令集的设计理念是只保留必要的指令采用固定长度指令设计将复杂的功能实现上交给软件去实现。其好处便是指令集、硬件电路、编译器设计简单了。缺点是实现同样的功能需要更多的指令代码密度更低。
CISC和RISC孰优孰劣的争论持续了许多年它们两个虽然谁都不服谁各自占据着自己的领域。比如以CISC x86架构为主的Intel/AMD统治着PC和服务器领域而以RISC架构为主的ARM则统治着移动消费领域。尽管它们互相看不顺眼但是随着科技的发展CISC和RISC也在相互借鉴对方的优势它们之间的界限也越来越模糊。
好关于CISC和RISC咱们就先讲到这里感兴趣的同学也可以去了解了解它们的爱恨历史也颇为有趣 (参考文章后面的英文参考链接)。
CPU架构
前面我们知道了CPU的指令集可以分为CISC和RISC。这是指令集层面上的划分。CPU除了指令集还包括各种组件如ALUEU、寄存器、Cache等等。它们的组织方式也会影响CPU的架构即同一个指令集下面CPU厂商又可以生产不同架构的CPU。具体来讲目前市面上基于CISC指令集的CPU主要是x86架构比如 Intel的x86x86-64和AMD的amd64。而RISC下面则有ARMMIPSPowerPCRISC-V等多种CPU架构。
下图简单列举了国内外的一些CPU架构。 接下来笔者参考网上资料简单总结了一下各主流CPU架构的一些特点。先声明这些特点只是大概的了解即可可能不足也可能不正确也可能过时了。当然如果读者乐意也欢迎留言指出。
好那么咱们开始。
x86
x86 架构采用CISC指令集由Intel公司于 1978 年推出也就是8086/8088系列故后面将该系列称为x86系列。它最初设计用于个人电脑但后来也被用于服务器、工作站和其它设备。x86 架构的特点包括
兼容性x86 架构具有很强的兼容性这意味着可以在不同的 x86 处理器上运行相同的软件。这使得 x86 架构成为一种非常流行的架构因为用户可以轻松地升级他们的处理器而无需更换软件。性能x86 架构的性能非常高这使得它非常适合于运行复杂的应用程序比如视频剪辑、渲染、高性能计算、AI算力等领域功耗x86 架构的功耗相对较高这使得它不适合于使用电池供电的设备。复杂性x86 架构非常复杂这使得它很难设计和制造 x86 处理器。生态由于x86架构的兼容性其软硬件生态杠杠滴
关于x86的劣势一位知友的文章中有提到我觉得蛮有趣 成也萧何败也萧何。x86主打兼容性导致兼容性的包袱越来越重走得举步维艰。 站在哲学的立场来说优点也是一种缺点而破局的关键则在于改变。面对x86沉重的兼容性包袱和ARM的步步紧逼AMD和Intel都在寻找新出路未来如何我们且看。 ARM
ARM (Advanced RISC Machine) 架构是一种精简指令集计算机RISC架构由英国 ARM 公司于 1985 年推出。它最初设计用于嵌入式系统但后来也被用于智能手机、平板电脑和其他设备。ARM 架构的特点包括
低功耗ARM 架构的功耗非常低这使得它非常适合于使用电池供电的设备。高性能ARM 架构的性能非常高这使得它非常适合于运行复杂的应用程序。小巧ARM 架构非常小巧这使得它非常适合于嵌入式系统。低成本ARM 架构的成本非常低这使得它非常适合于大规模生产。
ARM 架构的缺点包括
兼容性ARM 架构的兼容性不如 x86 架构好这意味着有些软件无法在 ARM 架构上运行。安全性ARM 架构存在一些安全漏洞这使得它容易受到攻击。
目前由于ARM芯片价格低廉功耗低性能好在移动消费等嵌入式领域拥有超过75%以上的市场份额拥有绝对的话语权采用ARM内核进行CPU设计的公司也有很多比如ST (STM32系列)、TIMSP430系列DSP系列、NXP等等。 MIPS
MIPS是世界上很流行的一种RISC处理器。MIPS的意思是“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年代初期由斯坦福大学 Hennessy 教授领导的研究小组研制。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自己只进行CPU的设计之后把设计方案授权给客户使得客户能够制造出高性能的 CPU。
它的基本特点是
包含大量的寄存器、指令数和字符可视的管道延时时隙
采用MIPS架构的公司及CPU芯片
Imagination Technologies MIPS WarriorMIPS Warrior是一款32位MIPS架构的CPU芯片主频高达1GHz采用40纳米工艺制造。MIPS Technologies MIPS32 24KMIPS32 24K是一款32位MIPS架构的CPU芯片主频高达1.2GHz采用28纳米工艺制造。联发科技MT6572MT6572是一款32位MIPS架构的CPU芯片主频高达1.2GHz采用28纳米工艺制造。瑞芯微电子RK3288RK3288是一款32位MIPS架构的CPU芯片主频高达1.8GHz采用28纳米工艺制造。全志科技A31A31是一款32位MIPS架构的CPU芯片主频高达1.2GHz采用28纳米工艺制造。
关于龙芯网上有资料说是自主研发的 LoongArch 架构。也有说基于MIPS笔者也没搞清楚暂且按下不表。欢迎读者留言指出谢谢~
RISC-V
RISC-V 架构是一种精简指令集计算机RISC架构由加州大学伯克利分校于 2010 年推出。它最初设计用于嵌入式系统但后来也被用于服务器、工作站和其他设备。RISC-V 架构的特点包括
开源RISC-V 架构是开源的这意味着任何人都可以免费使用和修改它。模块化RISC-V 架构是模块化的这意味着可以根据需要添加或删除指令。可扩展RISC-V 架构是可扩展的这意味着可以将其扩展到不同的处理器内核。低功耗RISC-V 架构的功耗非常低这使得它非常适合于使用电池供电的设备。高性能RISC-V 架构的性能非常高这使得它非常适合于运行复杂的应用程序。
采用RISC-V架构的公司及CPU芯片
阿里巴巴玄铁910玄铁910是一款32位RISC-V处理器主频高达1GHz采用40纳米工艺制造主要用于物联网设备。华为HiSilicon Hi3559AHiSilicon Hi3559A是一款32位RISC-V处理器主频高达1.5GHz采用28纳米工艺制造主要用于智能家居和安防监控设备。中兴通讯ZTE ZC310ZTE ZC310是一款32位RISC-V处理器主频高达1.2GHz采用40纳米工艺制造主要用于工业控制和汽车电子设备。兆易创新GD32VGD32V是一款32位RISC-V处理器主频高达200MHz采用40纳米工艺制造主要用于物联网设备和可穿戴设备。乐鑫科技ESP32-C3ESP32-C3是一款32位RISC-V处理器主频高达160MHz采用40纳米工艺制造主要用于物联网设备和智能家居设备。
RISC-V由于其开源特性很多公司都采用它进行开发但大多都是一些小设备小应用比如物联网之类的。有知友把它比作“永远的小童星”虽然很火但终究长不大好像有一定道理。
PowerPC
PowerPC 架构是一种精简指令集计算机RISC架构由苹果公司、IBM 公司和摩托罗拉公司于 1991 年联合推出。它最初设计用于工作站但后来也被用于服务器、嵌入式系统和其他设备。PowerPC 架构的特点包括
PowerPC 是一种精简指令集RISC架构的中央处理器CPU其基本的设计源自IBMPowerPC 601 微处理器POWERPerformance Optimized With Enhanced RISC架构。二十世纪九十年代IBM、苹果和摩托罗拉合作开发 PowerPC 芯片成功并制造出基于PowerPC的多处理器计算机。PowerPC 架构的特点是可伸缩性好、方便灵活有着广泛的应用范围包括从诸如 Power4 那样的高端服务器 CPU 到嵌入式 CPU 市场任天堂 Gamecube 使用了 PowerPC。PowerPC 处理器有非常强的嵌入式表现因为它具有优异的性能、较低的能量损耗以及较低的散热量。除了像串行和以太网控制器那样的集成 I/O该嵌入式处理器与“台式机”CPU 存在非常显著的区别。
PowerPC, emmm好像在路由器网关上面用得比较多。
国产CPU
关于国产CPU笔者了解的不多大概有六种品牌貌似龙芯最强贴一张图让读者有个大概的印象。 具体细节可以参考这篇文章国产CPU之4种架构和6大品牌 - 知乎 (zhihu.com)
结语
终于看完了真是收获满满啊不过你不会真的以为本文的内容就到此结束了吧
我只能说Too young too simple.
不信你再看看这篇文章一个外国老哥写的都2021年了还把x86和ARM归为CISC和RISC - 知乎 (zhihu.com)
附上英文原文相关链接
The final ISA showdown: Is ARM, x86, or MIPS intrinsically more power efficient? | ExtremetechRISC vs. CISC Is the Wrong Lens for Comparing Modern x86, ARM CPUs | Extremetech
反正笔者看完后就一个反应合着我写的都完全过时了白写了是吧
但是细细想来也不全是毕竟自己还是对RISC、CISC以及各种CPU芯片的历史、架构和应用有了一个大致、朦胧的了解不至于一无所知完全抓瞎。如果读者也和我一样那么本文的目的便达到了。
笔者后续也会尽量对本文内容进行更新。
最后如果读者觉得本文对你有所帮助还请帮忙点个赞你的鼓励是笔者不懈创作的动力谢谢~
如果没有那笔者也只能摊摊双手表示浪费你宝贵的时间咯然后溜之大吉~
【全文完】
