cpu架构体系 简单总结

两种指令集

origin

• CISC 复杂指令集计算机
• RISC 精简指令集计算机
  Arm与x86 基础概念

四大CPU体系

ARM/MIPS/PowerPC均是基于精简指令集机器处理器的架构；X86则是基于复杂指令集的架构，Atom是x86或者是x86指令集的精简版

1.ARM

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，其广泛地使用在许多嵌入式系统设计。由于节能的特点，ARM处理器非常适用于行动通讯领域，符合其主要设计目标为低耗电的特性。

2.x86系列/Atom(安腾)

IA 是Intel Architecture(英特尔体系架构)的简称，有IA-32和IA-64，均属于X86体系结构。

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）。

Intel Atom（中文：凌动，开发代号：Silverthorne）是Intel的一个超低电压处理器系列。处理器采用45纳米工艺制造，集成4700万个晶体管。L2缓存为512KB，支持SSE3指令集，和VT虚拟化技术（部份型号）。

3.MIPS系列

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)，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。

4.PowerPC系列

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IBM PowerPC 601 微处理器POWER（Performance Optimized With Enhanced RISC；《IBM Connect 电子报》2007年8月号译为“增强RISC性能优化”）架构。二十世纪九十年代，IBM(国际商用机器公司)、Apple（苹果公司）和Motorola（摩托罗拉）公司开发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。

x86与ARM区别（冯诺依曼和arm）

original
现代的CPU基本上归为冯洛伊曼结构（也成普林斯顿结构）和哈佛结构。冯洛伊曼结构就是我们所说的X86架构，而哈佛结构就是ARM架构。一个广泛用于桌面端（台式/笔记本/服务器/工作站等），一个雄踞移动领域，我们的手持设备（平板\手机用的大多就是他了）。
他们的如区别如下：
一、冯洛伊曼的体系核心是：数据和指令混在一起，统一编址。区分哪些是指令和哪些是数据大致上有以下方法：
　　1、用寄存器和指令周期来区分数据和指令。例如：CS段（codesegment代码段）和DS段（datasegment数据段），前者CPU是认为存放的都是指令，后者CPU认为存放的都是数据；
　　2、通过不同的时间段来区分指令和数据，在取指阶段取出的就是指令，执行阶段取出的就是数据。这个都很好理解吧。
二、哈佛架构的核心是：数据和指令是区分开的。独立编址，就算地址一样，数据也是不一样的。

再来讨论下两个架构的效率区别
经过上面的描述，各位已经知道这两个架构的主要区别了。
CPU大致工作如下：取指令、指令译码和执行指令。
指令1至指令3均为存、取数指令，对冯诺伊曼结构处理器，由于取指令和存取数据要从同一个存储空间存取，经由同一总线传输，因而它们无法重叠执行，只有一个完成后再进行下一个。如下图所示：

采用哈佛结构，由于取指令和存取数据分别经由不同的存储空间和不同的总线，使得各条指令可以重叠执行，这样，也就克服了数据流传输的瓶颈，提高了运算速度。 哈佛结构强调了总的系统速度以及通讯和处理器配置方面的灵活性。
下面是对上图的几个引申知识点：
时钟周期也称为振荡周期：CPU无非就是开关闭合电路组成，定义为时钟脉冲的倒数。是计算机中的最基本的、最小的时间单位。 在一个时钟周期内，CPU仅完成一个最基本的动作。时钟脉冲是计算机的基本工作脉冲，控制着计算机的工作节奏。时钟频率越高，工作速度就越快。
机器周期：常把一条指令的执行过程划分为若干个阶段，每一个阶段完成一项工作。每一项工作称为一个基本操作，完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。
指令周期：执行一条指令所需要的时间，一般由若干个机器周期组成。指令不同，所需的机器周期也不同。
关系：指令周期通常用若干个机器周期表示，而机器周期时间又包含有若干个时钟周期。