001A-cpu架構初識

cpu架構類型

cpu架構有X86架構(英特爾的intel,上海的兆芯),ARM架構(飛騰科技集團的飛騰,華爲的鯤鵬),MIPS架構(中科院的龍芯),ALPHA架構申威

雖然mips也算是半自主,而且龍芯有中科院的背景。但是國家還是不會支持mips架構的,因爲mips架構的專利權在美國人手裏,還要給mips公司交錢。。

現在美國對中國步步緊逼。而alpha架構是完全開源的,就和linux一樣,不用交一分錢,可以自主修改。所以中國的超級計算機用alpha架構申威16核cpu而不用mips架構的龍芯就是這個原因。

現在申威嵌入式cpu已經在軍隊大規模使用了,也是alpha架構的。


arm架構和x86架構區別

arm架構

ARM架構過去稱作進階精簡指令集機器(AdvancedRISCMachine,更早稱作:AcornRISCMachine),是一個32位精簡指令集(RISC)處理器架構,其廣泛地使用在許多嵌入式系統設計。由於節能的特點,ARM處理器非常適用於移動通訊領域,符合其主要設計目標爲低耗電的特性。

在今日,ARM家族佔了所有32位嵌入式處理器75%的比例,使它成爲佔全世界最多數的32位架構之一。ARM處理器可以在很多消費性電子產品上看到,從可攜式裝置(PDA、移動電話、多媒體播放器、掌上型電子遊戲,和計算機)到電腦外設(硬盤、桌上型路由器)甚至在導彈的彈載計算機等軍用設施中都有他的存在。在此還有一些基於ARM設計的派生產品,重要產品還包括Marvell的XScale架構和德州儀器的OMAP系列。

ARM架構圖

下圖所示的是ARM構架圖。它由32位ALU、若干個32位通用寄存器以及狀態寄存器、32&TImes;8位乘法器、32&TImes;32位桶形移位寄存器、指令譯碼以及控制邏輯、指令流水線和數據/地址寄存器組成。

1、ALU:它有兩個操作數鎖存器、加法器、邏輯功能、結果以及零檢測邏輯構成。

2、桶形移位寄存器:ARM採用了32&TImes;32位的桶形移位寄存器,這樣可以使在左移/右移n位、環移n位和算術右移n位等都可以一次完成。

3、高速乘法器:乘法器一般採用“加一移位”的方法來實現乘法。ARM爲了提高運算速度,則採用兩位乘法的方法,根據乘數的2位來實現“加一移位”運算;ARM高速乘法器採用32&TImes;8位的結構,這樣,可以降低集成度(其相應芯片面積不到並行乘法器的1/3)。

4、浮點部件:浮點部件是作爲選件供ARM構架使用。FPA10浮點加速器是作爲協處理方式與ARM相連,並通過協處理指令的解釋來執行。

5、控制器:ARM的控制器採用的是硬接線的可編程邏輯陣列PLA。

6、寄存器

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x86架構

目前的PC架構絕大多數都是Intel的X86架構,貌似也是因爲INTEL的這個X86架構早就了目前INTEL如日中天的地位。X86架構(The X86 architecture)是微處理器執行的計算機語言指令集,指一個intel通用計算機系列的標準編號縮寫,也標識一套通用的計算機指令集合。

在這裏插入圖片描述
當然,這個架構圖並不是所有的都是如此,根據不同的主板,平臺,架構是略有差別的比如說,目前很多主板已經將北橋集成到CPU當中,將南橋集成爲PCH,但大致的框架還是如此的。下面對這個架構圖上的各個內容分別進行一些簡介。

1:CPU,大家都不陌生的名詞,中央處理器,計算機的核心大腦。

2: 北橋(North Bridge Chipset):北橋是電腦主板上的一塊芯片,位於CPU插座邊,起連接作用。

3:南橋芯片(South Bridge)是主板芯片組的重要組成部分,一般位於主板上離CPU插槽較遠的下方,PCI插槽的附近,這種佈局是考慮到它所連接的I/O總線較多,離處理器遠一點有利於佈線。

4: 內存是計算機中重要的部件之一,它是與CPU進行溝通的橋樑。計算機中所有程序的運行都是在內存中進行的,因此內存的性能對計算機的影響非常大。

5:顯卡(Video card,Graphics card)全稱顯示接口卡,又稱顯示適配器,是計算機最基本配置、最重要的配件之一。

6:顯示j接口

7:網卡是工作在鏈路層的網絡組件,是局域網中連接計算機和傳輸介質的接口,不僅能實現與局域網傳輸介質之間的物理連接和電信號匹配,還涉及幀的發送與接收、幀的封裝與拆封、介質訪問控制、數據的編碼與解碼以及數據緩存的功能等。

8:聲卡的基本功能是把來自話筒、磁帶、光盤的原始聲音信號加以轉換,輸出到耳機、揚聲器、擴音機、錄音機等聲響設備,或通過音樂設備數字接口(MIDI)使樂器發出美妙的聲音。

9:SATA(Serial Advanced Technology Attachment,串行高級技術附件)是一種基於行業標準的串行硬件驅動器接口,是由Intel、IBM、Dell、APT、Maxtor和Seagate公司共同提出的硬盤接口規範。

10:硬盤是電腦主要的存儲媒介之一,由一個或者多個鋁製或者玻璃制的碟片組成。碟片外覆蓋有鐵磁性材料。

11:總線

區別

一、性能
  X86結構的電腦無論如何都比ARM結構的系統在性能方面要快得多、強得多。X86的CPU隨便就是1G以上、雙核、四核大行其道,通常使用45nm(甚至更高級)製程的工藝進行生產;而ARM方面:CPU通常是幾百兆,最近纔出現1G左右的CPU,製程通常使用不到65nm製程的工藝,可以說在性能和生產工藝方面ARM根本不是X86結構系統的對手。

但ARM的優勢不在於性能強大而在於效率,ARM採用RISC流水線指令集,在完成綜合性工作方面根本就處於劣勢,而在一些任務相對固定的應用場合其優勢就能發揮得淋漓盡致。

二、擴展能力
  X86結構的電腦採用“橋”的方式與擴展設備(如:硬盤、內存等)進行連接,而且x86結構的電腦出現了近30年,其配套擴展的設備種類多、價格也比較便宜,所以x86結構的電腦能很容易進行性能擴展,如增加內存、硬盤等。

ARM結構的電腦是通過專用的數據接口使CPU與數據存儲設備進行連接,所以ARM的存儲、內存等性能擴展難以進行(一般在產品設計時已經定好其內存及數據存儲的容量),所以採用ARM結構的系統,一般不考慮擴展。基本奉行“夠用就好”的原則。

三、操作系統的兼容性
  X86系統由微軟及Intel構建的Wintel聯盟一統天下,壟斷了個人電腦操作系統近30年,形成巨大的用戶羣,也深深固化了衆多用戶的使用習慣,同時x86系統在硬件和軟件開發方面已經形成統一的標準,幾乎所有x86硬件平臺都可以直接使用微軟的視窗系統及現在流行的幾乎所有工具軟件,所以x86系統在兼容性方面具有無可比擬的優勢。

ARM系統幾乎都採用Linux的操作系統,而且幾乎所有的硬件系統都要單獨構建自己的系統,與其他系統不能兼容,這也導致其應用軟件不能方便移植,這一點一直嚴重製約了ARM系統的發展和應用。GOOGLE開發了開放式的Android系統後,統一了ARM結構電腦的操作系統,使新推出基於ARM結構的電腦系統有了統一的、開放式的、免費的操作系統,爲ARM的發展提供了強大的支持和動力。

四、軟件開發的方便性及可使用工具的多樣性
  X86結構的系統推出已經近30年,在此期間,x86電腦經過飛速發展的黃金時期,用戶的應用、軟件配套、軟件開發工具的配套及兼容等工作,已經到達非常成熟甚至可以說是完美的境界。所以使用X86電腦系統不僅有大量的第三方軟件可供選擇,也有大量的軟件編程工具可以幫助您完成您所希望完成的工作。

Arm結構的電腦系統因爲硬件性能的制約、操作系統的精簡、以及系統兼容等問題的制約,造成Arm結構的電腦系統不可能像X86電腦系統那樣有衆多的編程工具和第三方軟件可供選擇及使用,ARM的編程語言大多采用C和JAVA。

對這一點的比較,更直接的結論是:基於x86結構電腦系統平臺開發軟件比arm結構系統更容易、更簡單、實際成本也更低,同時更容易找到第三方軟件(免去自己開發的時間和成本),而且軟件移植更容易。

從以上對比分析,給了我們的一個很清晰的感覺,ARM和X86結構的電腦根本就無法對比,ARM根本就不是X86電腦的的對手。是的,如果只考慮上述幾個方面的要數,ARM確實無法與X86電腦競爭,甚至連比較的資格都沒有。但是近1、2年,ARM的產品在終端應用特別是手持終端應用飛速發展(如:智能手機、平板電腦等),其銷售數量已經遠遠超出x86結構的電腦銷售數量,可見ARM是具有其與X86結構電腦不可對比的優勢。該優勢就是:功耗。

五、功耗
  X86電腦因考慮要適應各種應用的需求,其發展思路是:性能+速度。20多年來x86電腦的速度從原來8088的幾M發展到現在隨便就是幾G,而且還是幾核,其速度和性能已經提升了千、萬倍,技術進步使x86電腦成爲大衆生活中不可缺少的一部分。但是x86電腦發展的方向和模式,使其功耗一直居高不下,一臺電腦隨便就是幾百瓦,即使是號稱低功耗節能的手提電腦或上網本,也有十幾、二十多瓦的功耗,這與ARM結構的電腦就無法相比。


64位版本爲什麼叫amd64,而不是intel64

問題:

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

[root@centos7:/etc/yum.repos.d ]# yum install redhat-lsb
 
 
[root@centos7:/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

原文鏈接:https://blog.csdn.net/csdn_immortal/article/details/80751855

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X86

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1978年6月8日,Intel發佈了新款16位微處理器“8086”,也同時開創了一個新時代:x86架構誕生了。

在40年的發展史中,x86家族不斷壯大,從桌面轉戰筆記本、服務器、超級計算機、編寫設備,期間還挫敗或者限制了很多競爭對手的發展,讓不少處理器廠商及其架構技術成爲歷史名字,即使有些封閉發展的也難以爲繼,比如蘋果就已經放棄PowerPC了。

AMD64/x86-64

x86-64有時會簡稱爲“x64”,是64位微處理器架構及其相應指令集的一種,也是Intel x86架構的延伸產品。“x86-64”1999由AMD設計,AMD 首次公開 64 位集以擴充給 IA-32,稱爲 x86-64(後來改名爲 AMD64)。 AMD64架構在IA-32上新增了64位寄存器,併兼容早期的16位和32位軟件,可使現有以x86爲對象的編譯器容易轉爲AMD64版本。

由於AMD64和Intel64基本上一致,很多軟硬件產品都使用一種不傾向任何一方的詞彙來表明它們對兩種架構的同時兼容。出於這個目的,AMD對這種CPU架構的原始稱呼 - “x86-64”被不時地使用,還有變體“x86_64”。其他公司如微軟和Sun在營銷資料中使用“x64”作爲對“x86-64”的縮寫。

許多操作系統及產品,尤其那些是在Intel進入這塊市場之前就引入“x86-64”支持的,使用“AMD64”或“amd64”同時指代AMD64和Intel64。

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EM64T

Intel的EM64T技術,EM64T技術官方全名是Extended Memory 64 Technology,中文解釋就是擴展64bit內存技術。

EM64T本質上和AMD64一樣都是IA-32的增強版本,Xeon藉助於EM64T可實現高達1TB(40bit)的物理內存尋址和256TB(48bit)的虛擬內存尋址,並且良好地支持現有32位x86代碼的執行,這一點跟AMD64無異,同時也是Intel開發EM64T的出發點—讓現有的x86指令集能夠執行64位代碼,而繼續保持對32位代碼的良好兼容。

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IA-64

Intel在之前已在Itanium處理器上使用了自家的64位IA-64技術,雖然說Intel 64也是64位,但兩者並不兼容,即IA-64的軟件不能直接在Intel 64上運行。Intel 64所用的x86-64是IA-32指令集的延伸,而IA-64則是另一款獨立的架構,沒有任何IA-32的影子。雖然IA-64可通過模擬來運行IA-32的指令,但指令在運行前需經轉換,才能在IA-64上運行,導致其速度變慢。由於x86-64是從IA-32派生而來,因此運行IA-32與64位程序的表現也顯得綽綽有餘。

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目前市場上Intel兼容處理器可以實現64位計算的主要有3種:

  1. Intel IA64,基於安騰2處理器,不兼容32位應用,軟件相對本模式的版本叫 xxx for Itanium 。
  2. Intel EM64T,基於Xeon DP “Nocona”和MP處理器,兼容32位應用,軟件相對本模式的版本叫 xxx for x86-64或者amd64。
  3. AMD AMD64,基於Opteron處理器,兼容32位應用,軟件相對本模式的版本叫 xxx for x86-64或者amd64。

轉載出處


MIPS、ARM、X86三大架構歷史

1、
RISC平臺的發展已經有長達幾十年的歷史了。其最早誕生於80年代的MIPS主機,隨着技術的不斷髮展,RISC平臺的應用領域逐步擴展,小到手機, 大到工控設備都可以見到他的身影。隨着RISC平臺的發展還誕生了與之相適應的應用軟件,最終組成了現在人們較爲熟知的嵌入式系統。當前桌面級消費者最爲 熟知的Atom凌動平臺便是嵌入式代表之一。但是與今天我們所要談到的兩位主角相比,intel的凌動平臺就是小巫見大巫了。這正是誕生了RISC平臺的 MIPS和當前RISC領域中最爲強大的ARM。

MIPS是世界上很流行的一種RISC處理器。MIPS的意思"無內部互鎖流水級的微處理器"(Microprocessor without interlocked piped stages),其機制是儘量利用軟件辦法避免流水線中的數據相關問題。它最早是在80年代初期由斯坦福(Stanford)大學Hennessy教授領導的研究小組研製出來的。MIPS公司的R系列就是在此基礎上開發的RISC工業產品的微處理器。這些系列產品爲很多計算機公司採用構成各種工作站和計算機系統。MIPS技術公司是美國著名的芯片設計公司,它採用精簡指令系統計算結構(RISC)來設計芯片。和英特爾採用的複雜指令系統計算結構(CISC)相比,RISC具有設計更簡單、設計週期更短等優點,並可以應用更多先進的技術,開發更快的下一代處理器。MIPS是出現最早的商業RISC架構芯片之一,新的架構集成了所有原來MIPS指令集,並增加了許多更強大的功能。

MIPS處理器是八十年代中期RISC CPU設計的一大熱點。MIPS是賣的最好的RISC CPU,可以從任何地方,如Sony,Nintendo的遊戲機,Cisco的路由器和SGI超級計算機,看見MIPS產品在銷售。目前隨着RISC體系結構遭到x86芯片的競爭,MIPS有可能是起初RISC CPU設計中唯一的一個在本世紀盈利的。和英特爾相比,MIPS的授權費用比較低,也就爲除英特爾外的大多數芯片廠商所採用。MIPS的系統結構及設計理念比較先進,其指令系統經過通用處理器指令體系MIPS I、MIPS II、MIPS III、MIPS IV到MIPS V,嵌入式指令體系MIPS16、MIPS32到MIPS64的發展已經十分成熟。在設計理念上MIPS強調軟硬件協同提高性能,同時簡化硬件設計。

中國龍芯2和前代產品採用的都是64位MIPS指令架構,它與大家平常所知道的X86指令架構互不兼容,MIPS指令架構由MIPS公司所創,屬於RISC體系。過去,MIPS架構的產品多見於工作站領域,索尼PS2遊戲機所用的"Emotion Engine"也採用MIPS指令,這些MIPS處理器的性能都非常強勁,而龍芯2也屬於這個陣營,在軟件方面與上述產品完全兼容。普通用戶關注MIPS主要還是因爲我國所謂的"龍芯"。龍芯一開始抄襲MIPS,後來購買到了授權。倒也並非龍芯不想發展X86架構的桌面CPU市場或者ARM架構的移動設備市場,是因爲這兩家的授權太過於苛刻。X86的授權Intel已然不可能再授權。ARM是一家芯片設計公司,只能給出使用授權,不會同意讓龍芯自行設計。只有MIPS纔可行,MIPS的授權說白了就是隨便抄隨便改。很多龍芯的支持者提出了MIPS在理論上有諸多的領先,但不要忘了ARM是一家商業公司,市場佔有率高,競爭意識也非常強。幾乎所有的智能手機都是ARM架構,就是最有力的證明。

從某些方面來看,MIPS和ARM非常相似,都是採用精簡指令集,都是針對低功耗應用設計,而且都是採用第三方授權方式生產;但實際上兩者也有幾大的不同,學院派的MIPS允許第三方對CPU架構進行大幅修改,而ARM只允許全球極少的幾家半導體公司修改CPU架構(包括高通、蘋果、NVIDIA和三星,全是半導體大拿),其他生產ARM芯片的公司都是直接採用ARM公版設計,而不能做任何修改(例如華爲海思)。ARM的這項策略顯然很適合商業推廣,對第三方公司的技術要求也有所降低,開發的週期也會大大縮短,只需要照着ARM公版的CPU和GPU架構找芯片代工廠下單、流片、生產即可。
intel雖然有名但其凌動處理器也只是RISC領域中的小字輩

2、
   當今處理器一共有三個最強大的架構,其中之一是以intel和AMD爲代表的x86架構,另外一個是手機,平板處理器所使用的ARM架構,最後一個便是我國龍芯處理器所選擇的MIPS架構。這三大處理器架構中,x86和ARM是商業化進程最爲優秀的兩大架構。也正是因爲這兩大架構的商業化進程太爲出色,所以我國的龍芯處理器才被很多人批判爲最嚴重的選擇性失誤。龍芯處理器的架構選擇並沒有錯誤,相反的如果龍芯要想得到更好的發展,選擇MIPS纔是最爲正確的道路。x86架構的擁有者intel可以算作是技術合作上最摳門兒的一位,在推出x86架構之後,intel就只將這一架構授權給過AMD和VIA等幾個芯片公司。而在VIA退出x86架構處理器競爭之後,intel便不再給任何公司x86架構授權。所以從x86架構上入手,龍芯處理器顯然是行不通的。 intel的x86架構行不通,那麼ARM架構是否就能行得通呢?答案當然也是否定的。
x86被intel獨佔幾十年,奉行的是肥水不流外人田的政策

3、
   ARM公司是一家非常優秀的芯片設計公司,但自身並不生產處理器,而是將自身的設計licensing賣給需要處理器的公司,而後交給他們生產或者是找人代工。也許有人要問了,既然ARM向外賣出架構設計,那麼爲何龍芯不去選擇ARM架構呢?其實不然,ARM之所以能夠發展成爲一家非常成功的商業性公司,靠的就是芯片的架構設計,倘若架構設計被別人奪走了,那麼自己就丟掉了賴以生存的飯碗。所以ARM雖然對外進行licensing授權,卻不允許購買者進行任何對ARM架構有更改的設計。倘若個更改了設計,那麼這便違反了合作協定,ARM便有權撤回licensing授權。我國的龍芯要是選擇了ARM架構的話,那麼基本上也就被捆住了腳步,無法發展出屬於自己的高性能處理器了。
蘋果A4處理器是ARM體系中的另類產品

4、
   考慮到市場發展的問題ARM也對外妥協過。目前高通,蘋果和NVIDIA這三家公司便是ARM體系中較爲特殊的幾個。因爲這三家公司在芯片設計領域的特殊地位,ARM爲了能夠拉攏他們站立在自己的陣營中,對這三家公司開出了特別通行證。在其他芯片公司只能使用 licensing去生產芯片的時候,高通,蘋果和NVIDIA卻能夠自行設計基於ARM架構的處理器。也正是拉攏到了高通,蘋果和NVIDIA,才使得ARM擁有了更多的支持者。但即便這樣,我們也不得不佩服ARM的老狐狸作風,在給出架構授權後,ARM依然會通過升級下一代架構爲由讓高通,蘋果和 NVIDIA再掏一回錢購買架構授權。這樣ARM就可以再賺一把。相信看到這裏您應該瞭解到龍芯不選擇ARM的原因了。

MIPS和ARM雖然都是對外進行架構授權的公司,但意義完全不同。ARM對外出售的是設計方案授權 (licensing),與ARM的商業化相比,MIPS倒像是學院派的公司。MIPS的架構授權,並不限制任何對MIPS架構的更改。換句話說,就是 MIPS公司給授權者一張白紙,而白紙上僅僅寫着一行字,MIPS公司同意你設計生產MIPS架構處理器,至於你設計成什麼樣,性能有多高,經過多少代更改,MIPS一概不管,只要你不把架構徹底改變就行了。與ARM相比,MIPS是一個完全開放的架構,對龍芯未來的發展沒有任何的限制,這與intel給 AMD x86架構授權,而不是給設計圖紙的道理是完全一樣的。在加上MIPS本身經過幾十年的發展,已經擁有了衆多的應用軟件,綜合考慮來看,MIPS是最爲適合龍芯處理器發展的架構選擇。RISC平臺是誕生於MIPS早先產品的,也正是RISC平臺的誕生,才最終發展成爲了我們現在的智能手機與平板機這樣強大的產品。然而作爲RISC系統的創始人,MIPS的商業化發展並非一帆風順,也許是受公司前身是大學科學實驗室的影響。公司高層對商業化發展嗤之以鼻, 這才令本身技術要落後於MIPS的ARM得到了發展時機。
MIPS架構國內的代表龍芯處理器

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