芯片设计 | 一文读懂，CPU、精简指令集、复杂指令集该如何理解

如今，芯片相关的话题广受关注，我们经常会听到芯片、CPU架构、ARM架构、芯片研发等相关内容。CPU、指令集、架构、微架构、芯片，这一组概念很容易混淆，经常把人绕进去。那么，到底应该如何理解？

CPU、指令集、精简指令集、复杂指令集

CPU，也叫中央处理器，是智能设备的大脑。常见的CPU有两种，X86、ARM。前者主要用在电脑里，后者主要用在手机、平板上。那么，这里的X86、Arm指的是什么呢？

CPU是负责运算的，但是它需要在什么时候运算，具体做哪些运算，得听系统指令。系统程序发出的各种指令，在被执行前，需要翻译成CPU能听懂的语言。这个翻译官，就是指令集（英文缩写ISA）。常见的指令集有两种，一种是复杂指令集（CISC），X86就属于复杂指令集；一种是精简指令集（RISC），家族成员有ARM、RISC-V、MIPS等。

这两类指令集到底有什么区别，各自有什么特点？这里我们以盖房子来举例。

我们把智能设备完成一次功能操作，比作盖房子。CPU相当于工匠，他负责盖房子，但是具体盖成什么样子，怎么盖，他不知道，得听项目经理的。项目经理相当于系统，他告诉工匠房子具体要怎么盖，传达的指令，相当于指令集。

项目经理要告诉工匠需要盖什么样的房子，他们怎么传达指令呢？为了提高沟通效率，他们相互之间通常会约定一些只有他们听得懂的“行话”，来组成“指令库”。

复杂指令集这边的项目经理，叫“小复”。他和工匠沟通的 “行话”，既包括具体每块砖砌在哪里，这样简单直接的指令；也包括 “砌一个围墙”、“搭一个柱子”这样复杂的指令，要求高。

而精简指令集这边的项目经理，叫“小简”。他就不一样了，他一步一步拆解开来，告诉工匠你这块砖要砌在这里，这块要砌在哪里，发布的都是一些很精简的指令。虽然步骤多，但工人只要按指令一步步来就行，比较简单。

这两个团队，都能把房子盖好。两种方式各有优缺点：

“小复”的建筑团队，处理速度快，能力更强，但是比较臃肿复杂。复杂指令集表现在CPU层面，优点是性能强大，缺点是能耗高，需要更多的电才能运行。电脑对芯片性能要求高，能耗其次，所以用复杂指令集设计的芯片（X86），适合电脑；

而 “小简”的团队，更精简，容易组织，缺点是处理能力差些，但这个可以通过调用更多的工匠来弥补。精简指令集，表现在CPU层面，虽然性能差点，但由于只需要一步一步去做就行，反而能耗低，特别省电。手机和平板电池容量有限，要求CPU必须省电，性能其次，所以精简指令集的芯片（ARM）更适合移动端。

为了避免争论，这里需要特别说明的是，经过长期发展，双方开始取长补短，属于精简指令集的Arm也可以拥有高性能，苹果M2就是例子；而复杂指令集，也在慢慢降功耗。

简单总结一下：指令集是硬件和软件之间的翻译官，把各种程序指令，翻译成硬件能够听懂的语言。常见的指令集包括：X86和ARM。电脑里的X86芯片，采用复杂指令集；手机里的ARM芯片，大部分采用精简指令集。

内容来自：https://www.sohu.com/a/573440375_121275824