CPU架构 && intel,amd和arm的关系

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1.指令集

        所谓指令集，是CPU中用来计算和控制计算机系统的一套指令的集合。指令的强弱是CPU的重要指标，指令集是提高微处理器效率的最有效工具之一。

        CPU依靠指令来计算和控制系统，每款CPU在设计时就规定了一系列与其硬件电路相配合的指令系统。与其他硬件电路相配合，决定的是这一款CPU的生态系统。因此，指令集搭建的是一个桥梁，是软硬件之间沟通的桥梁，简单来说，软件通过指令集和硬件讲话。因此，指令集对形成生态至关重要，从这个意义上讲，不同的CPU指令集，决定了这款CPU设计的复杂程度。

        从现阶段的主流体系结构讲，指令集可分为复杂指令集(CISC, complex instruction set computer)和精简指令集(RISC, reduced instruction set computer)两部分。简单来讲，RISC功能简洁，代表着简洁的CPU设计，CISC功能完备，代表着复杂的CPU设计。
        这里引用步日欣老师文章中的一段话：

CPU的指令，就如同盖房子的砖，如果都是小块的标准砖头，也能盖起各种不同的房子，这就是RISC；如果除了标准砖头，还设计了很多的砖瓦结构件，适用于拐角、吊梁等，这就是CISC。不同的模式，都能盖起房子，但是效率却大不一样，RISC的标准砖头，小平房可以盖，摩天大楼也可以盖，底层的原材料很简单，都是标准化的砖头；CISC的各种复杂的结构件，对于盖一种房子的时候效率确实高，吊起结构件随便一拼装就ok，但是如果要盖的房子种类多了，就需要定义更多更复杂的结构件，结构件的管理就会越来越复杂，而且在建设某种常见建筑的时候，大部分特殊的结构架是闲置不用的，大大影响了施工效率。基于CISC模式下的CPU设计，在各种新需求下，堆叠的功能越来越复杂，芯片设计难度也越来越高，效率低下，因此就出现了RISC精简指令集的概念。

1.1.CISC体系的优缺点 

 
优点：能够有效缩短新指令的微代码设计时间，允许设计师实现 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超集合，也就可以使用较早电脑上使用的相同软件。另外微程序指令的格式与高级语言相匹配，因而编译器并不一定要重新编写。

缺点：指令集以及芯片的设计比上一代产品更复杂，不同的指令，需要不同的时钟周期来完成，执行较慢的指令，将影响整台机器的执行效率。
 

1.2 RISC体系的优缺点

优点：在使用相同的芯片技术和相同运行时钟下，RISC 系统的运行速度将是 CISC 的2～4倍。由于RISC处理器的指令集是精简的，它的内存管理单元、浮点单元等都能设计在同一块芯片上。RISC 处理器比相对应的 CISC 处理器设计更简单，所需要的时间将变得更短，并可以比CISC处理器应用更多先进的技术，开发更快的下一代处理器。

缺点：多指令的操作使得程序开发者必须小心地选用合适的编译器，而且编写的代码量会变得非常大。另外就是RISC体系的处理器需要更快的存储器，这通常都集成于处理器内部，就是L1 Cache（一级缓存）。

1.3.对比CISC和RISC

CISC的指令能力强，单多数指令使用率低却增加了CPU的复杂度，指令是可变长格式；RISC的指令大部分为单周期指令，指令长度固定，操作寄存器，只有Load/Store操作内存
CISC支持多种寻址方式；RISC支持方式少
CISC通过微程序控制技术实现；RISC增加了通用寄存器，硬布线逻辑控制为主，是和采用流水线
CISC的研制周期长
RISC优化编译，有效支持高级语言

大白话就是：

CISC架构，性能好，但是耗电多，电压高。主要用于桌面服务。

RISC架构：耗电少，电压低，但是单核性能比不上CISC架构，主要用于嵌入式开发，或者移动设备开发。

1.4.cpu架构

1.ARM架构，过去称作进阶精简指令集机器（Advanced RISC Machine，更早称作：Acorn RISC Machine），是一个32位精简指令集（RISC）处理器架构

 2. x86或80x86是英代尔Intel首先开发制造的一种微处理器体系结构的泛称。x86架构是重要地可变指令长度的CISC（复杂指令集电脑，Complex Instruction Set Computer）。

3.   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 interlockedpipedstages)

4.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IBM（国际商用机器公司）的IBMPowerPC 601 微处理器POWER（PerformanceOptimized With Enhanced RISC

我们比较常见的是x86和arm，重点关注这两个就好了。

2.intel,amd和arm的关系

cpu厂商主要是intel与amd厂商，使用的是基于X86架构的CPU，X86架构使用的是复杂指令集即指令一步到位，而arm使用的是精简指令集即指令由几个指令完成。搞清楚这些就好，学习的时候不至于过于混乱。下面有一篇讨论可以看看。

Intel与AMD与ARM的对比 - 豆丁网

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