CPU架構

CPU架構

　　CPU架構，指CPU接受和處理信號的方式，及其內部元件的組織方式。CPU架構從大的層面分CISC、RISC兩類。

　　CISC和RISC的區別

　　早期的CPU全部是CISC架構，它的設計目的是要用最少的機器語言指令來完成所需的計算任務。比如對于乘法運算，在CISC架構的CPU上，您可能需要這樣一條指令：MUL ADDRA, ADDRB就可以將ADDRA和ADDRB中的數相乘并將結果儲存在ADDRA中。將ADDRA, ADDRB中的數據讀入寄存器，相乘和將結果寫回內存的操作全部依賴于CPU中設計的邏輯來實現。這種架構會增加CPU結構的復雜性和對CPU工藝的要求，但對于編譯器的開發十分有利。比如上面的例子，C程序中的a*=b就可以直接編譯為一條乘法指令。今天只有Intel及其兼容CPU還在使用CISC架構。

　　RISC架構要求軟件來指定各個操作步驟。上面的例子如果要在RISC架構上實現，將ADDRA, ADDRB中的數據讀入寄存器，相乘和將結果寫回內存的操作都必須由軟件來實現，比如：MOV A, ADDRA; MOV B, ADDRB; MUL A, B; STR ADDRA, A。這種架構可以降低CPU的復雜性以及允許在同樣的工藝水平下生產出功能更強大的CPU，但對于編譯器的設計有更高的要求。

　　CISC復雜指令集計算機

　　x86又叫IA32，即Intel Architecture 32(Intel32位架構)，不管是Intel生產的x86CPU，還是AMD或者VIA生產的，都是IA32。IA32并非沒有專利保護而是AMD和VIA/Cyrix通過交叉專利授權獲得了IA32 的使用權。

　　x86-64又叫AMD64，它的Intel版本叫做EM64T(換個名字而已)，是AMD在IA32的基礎上擴展出來的一套64位CPU架構。Intel可以使用的原因也是因為Intel和AMD之間的交叉專利授權。x86-64是AMD在其最新的Athlon 64處理器系列中采用的新架構，但這一處理器基礎架構還是IA-32，在IA-32架構基礎之上作了一些擴展，以支持64位程序的應用，進一步提高處理器的運算性能。x86-64相比Intel的64位服務器處理器產品Itanium和 Itanium 2系列處理器產品來說最大的優點就是可以全面兼容以前的32位x86架構的應用程序，保護以用戶以前的投資。而Intel的Itanium和 Itanium 2系列處理器需要另外通過軟件或硬件來實現對以前32位程序的兼容。所以IA-32(即x86-32)、x86-64都屬于x86，即英特爾的32位x86架構。如Intel的32位服務器Xeon(至強)處理器系列、AMD的全系列，還有VIA的全系列處理器產品都屬于x86架構的。

　　IA-64

　　IA-64架構是英特爾為了全面提高以前IA32位處理器的運算性能，是Intel和Hp共同開發了6年的64位CPU架構，是專為服務器市場開發的一種全新的處理器架構，它放棄了以前的x86架構，認為它嚴重阻礙了處理器的性能提高。它的最初應用是英特爾的Itanium(安騰)系列服務器處理器，現在最新的Itanium2系列處理器也是采用這一架構的。由于它不能很好地解決與以前32位應用程序的兼容，所以應用受到較大的限制，盡管目前Intel采取了各種軟、硬方法來彌補這一不足，但隨著AMD Operon處理器的全面投入，Intel的IA-64架構的這兩款處理器前景不容樂觀。

　　通稱說 x86也是指IA32構架CPU，也就是說cpu是32位的，只能安裝32位的os了。而x86-64或者IA-64是說cpu支持64位，可以安裝64位的os，跑64位的應用。

　　RISC精簡指令集計算機

　　除了以上所介紹的兩類IA架構的服務器處理器外，還有一種主流的處理器架構，也可稱之為“RISC”。采用這一架構的仍是IBM、SUN和HP等。不過近幾年由于這一處理器架構標準沒有完全統一、處理器的發展和應用非常緩慢，使得原來本占有的絕大多數中高檔服務器市場被IA架構瓜分了大部分江山，已是日趨衰落。目前連這幾家服務器廠商也開始了自己放棄，轉投IA旗下，推出越來越多的IA架構服務器，以保生存。

　　RISC就是精簡指令集計算機，目前常見的有

　　一、IBM 的 POWER/PowerPC架構(上一篇有過介紹)。

　　二、MIPS 的 MIPS架構(多家廠商，包括AMD也獲授權生產，龍芯也是MIPS變種)

　　三、SUN 的 UltraSPARC架構(UltraSPARC III、IV、VI、T1、T2)

　　四、DEC 的 Alpha架構(現今少見，DEC被Compaq收購，Compaq又被HP收購)

　　五、Intel和HP 的 EPIC架構(Iantium、Iantium2)，這也就是 IA64 架構，Intel Architecture 64(Intel64位架構)，有時單獨列為一類而不算RISC。

　　六、Transmeta(全美達)的 VLIW(超長指令字)架構，和 IA64 在設計思想上有某種程度上的神似之處，有時也單獨列為一類而不算RISC。

　　七、Acorn的 ARM架構，授權多家公司制造，功耗低，很多手機用這款CPU。

　　需要指出的是，現在的Intel和 AMD CISC處理器的內核其實都是RISC內核，是在內核的外圍電路中把復雜指令動態翻譯成精簡指令，然后送到 RISC內核中處理。嚴格來說，現代CPU本質上都是 RISC處理器。