一台服务器、一台电脑、一台手机最重要的电子零部件是什么？没错，就是 CPU 处理器。它主要负责数据计算、控制功能，是最核心的部分。不过你又知道有多少种 CPU 架构吗？主流的 X86、ARM 到底有什么区别？
下面就给大家介绍一下几种常见的 CPU 架构：
X86
1978 年 6 月 8 日，Intel 发布了史诗级的 CPU 处理器 8086，由此 X86 架构传奇正式拉开帷幕。首次为 8086 引入 X86 作为计算机语言的指令集，定义了一些基本使用规则，X86 架构使用的是 CISC 复杂指令集。同时 8086 处理器的大获成功也直接让 Intel 成为了 CPU 巨头，如果你对 8086 不是那么熟悉，那么一定听过奔腾处理器吧？况且为了纪念 8086K 诞生 40 周年，今年 Intel 发布了一颗纪念限量版的处理器 Core i7-8086K，这你都听说过吧？
来自 Intel 官网
图片
IA64（Intel Architecture 64，英特尔架构 64）
哇，IA64 听起来好陌生，是的，虽然同出 Intel 之手。但这可以说是失败品。当年 X86 过渡到 64 位指令集时，一个不小心被 AMD 弯道超车，最后只能联合惠普推出了属于自己的 IA64 指令集，但这也仅限于服务器上，也是 Itanium 安腾处理器的来历（现在已经凉了）。
图片来自 x86-guide
至于 IA64 究竟是 RISC 还是 CISC 指令集的延续，这个真的很难说清楚，但单纯以 IA64 基于 HP 的 EPIC（Explicitly Parallel Instruction Computers，精确并行指令计算机）来看，似乎更偏向于 RISC 体系。
MIPS（Microprocessor without interlockedpipedstages，无内部互锁流水级的微处理器）
在上世纪 80 年代由美国斯坦福大学 Hennessy 教授的研究小组研发，它采用精简指令系统计算结构(RISC)来设计芯片。和 Intel 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。
让 MIPS 出名的，可能是在 2007 年，中科院计算机研究所的龙芯处理器获得了 MIPS 的全部专利、指令集授权，中国开始走上了一 MIPS 为基础的 CPU 研发道路。
图片来自龙芯官网
PowerPC
PowerPC 是有蓝色巨人 IBM 联合苹果、摩托罗拉公司研发的一种基于 RISC 精简指令集的 CPU，PowerPC 架构最大优点是灵活性非常好，核心数目灵活可变，因此在嵌入式设备上具有很高效益，可以针对服务器市场做超多核，针对掌机做双核，因此它具有优异的性能、较低的能量损耗以及较低的散热量。
图片来自 wikimedia
ARM（Advanced RISC Machine，进阶精简指令集机器）
ARM 可以说是一个异军突起的 CPU 架构，采用了 RISC 精简指令集，而且 ARM 发展到今天，架构上非常灵活，可以根据面向应用场景不同使用不同设计的内核，因此可以广泛用于嵌入式系统中，同时它高度节能的特性，目前各种移动设备中全都是它的身影。据统计，使用 ARM 架构的芯片年出货量高达 200 亿片，随着物联网时代降临，对于低功耗性 ARM 芯片需求量会发生爆炸性增长。
图片来自 iFixit
CISC、RISC 之争
从上面得知，历史的长河里面，有过许许多多的 CPU 架构，它们之间的差异性非常大，经过时间、用户的检验，我们平常所接触到 CPU 架构也就剩 X86 和 ARM 两者，按照最核心的不同可以被分为两大类，即“复杂指令集”与“精简指令集”系统，也就是经常看到的“CISC”与“RISC”。
要了解 X86 和 ARM CPU 架构，就得先了解 CISC 复杂指令集和 RISC 精简指令集 ，因为它们第一个区别就是 X86 使用了复杂指令集（CISC），而后者使用精简指令集（RISC）。造成他们使用不同该指令集的原因在于，面向的设备、对象、性能要求是不一样。手机 SoC 普遍都是采用 ARM 提供的核心作为基础，依据自身需求改变 SoC 的核心架构，而 ARM 正正是 RISC 精简指令集的代表人物。CPU 巨头 Intel、AMD 所采用的 X86 架构已经沿用了数十年，是 CISC 复杂指令集的典型代表。
CISC 复杂指令系统就是为了增强原有指令的功能，设置更为复杂的新指令实现部分大量重复的软件功能的硬件化。由于早期的电脑主频低、运行速度慢，为了提高运算速度，不得已将更多的复杂指令加入到指令系统中来提高电脑的处理效率，慢慢形成以桌面电脑为首的复杂指令系统计算机。其指令集也是在不断更新增加当中，如 Intel 为 X299 平台上的处理器增加了 AVX 512 指令集，目的就是为了提高某一方面的性能。
虽然 CISC 可以实现高性能 CPU 设计，但是设计起来就相当麻烦了，要保持庞大硬件设计正确是一件不容易的事情，还要确保性能有所提升，不能开倒车，因此桌面 CPU 研发时间也慢慢地变长。这时候，以 ARM 为首的一些 RISC 精简指令系统计算机开始崭露头角了。
RISC 可以说是从 CISC 中取其精华去其糟粕，简化指令功能，让指令的平均执行周期减少，达到提升计算机工作主频的目的，同时引入大量通用寄存器减少不必要的读写过程，提高子程序执行速度，这样一来程序运行时间缩短并且减少了寻址，提高了编译效率，最终达到高性能目的。
这两种指令集一直都在求同存异当中，都在追求在体系架构、操作运行、软硬件、编译时间以及运行时间等等诸多因素中做出某种平衡，以此达到当初所设计的高效运转目的。
图片来自新浪博客
功耗上的限制
从 CISC、RISC 设计思路来看，大家不难发现，他们走的路根本不一样，前者专注于高性能方向，但带来高功耗，而后者专注于做低功耗的嵌入式，对于性能的最强不是太过强劲。因此我们也看到 Intel、AMD 他们擅长于设计性能超高的 X86 处理器，而高通、苹果依靠 ARM IP 授权设计出注重效能的 SoC 芯片。
就像我们以前所举的例子，Core i7-8086K 可以轻易跑出 95W 功耗，但像高通骁龙 845 这种最顶级的 SoC 也不过是 5W，只有其 1/19，主要是手机尺寸越来越小，电池容量、能量密度发展跟不上，手机所用 ARM 内核只能是低功耗。
一般来说，处理器的功耗可以随着制造工艺的进步而降低，但近些年来，移动设备所采用的的 SoC 往往率先使用更小的纳米工艺制程，比方说骁龙 845 的 10nm，虽然里面有取巧成分，但推进速度远远快于 Intel 的 10nm 工艺，加之 SoC 还会有对应的低功耗版本工艺，所以无论是设计上、还是工艺上的差别，都导致了 ARM、X86 功耗差异非常大。
大小核架构
从前的 X86 传统 CPU，如果是四核或者是双核，内部的四个、两个个核心都是一模一样的，这样的话，由于一旦软件只能调度一个核心，处于高频工作，但由于架构限制，其余核心也要保持同样的高频率和高电压状态，这样就浪费了大量的能量在做无用功。后来就发展出了异步多核，允许不同核心工作在不同频率上，以此换来更低功耗。
由于移动设备更加在意功耗，所以 ARM 采用了更加激进的做法，八个核里面允许有不同 Cortex-A 架构核心，那就是著名的 ARM bigLITTLE。这样的大小核设计目的很明确，就是在有限的电池容量中，兼顾性能、续航的需求，因此 SoC 内部的 CPU 是采用异构计算，既有高性能大核心，也有低功耗小核心。
bigLITTLE 架构框架，图片来自 ARM 官网
芯片设计厂商可以根据自己的需求，设计出有针对性的产品，比方说目前高通骁龙 845、华为的麒麟 970、联发科 Helio X30 都是 bigLITTLE 架构，这样的话如果你只是刷刷微博、朋友圈，那么只需要动用小核心就能完成任务，玩《绝地求生》吃鸡游戏就可能大小核全开，从而保证性能、续航的平衡。
因此 ARM 的 bigLITTLE 异步多核架构非常值得参考，甚至传闻称英特尔将在第 10 代酷睿处理器 Lakefield 上使用这种技术，高性能大核是 Ice lake（下一代 Core），低功耗小核心则是 Tremont（下一代 Atom），因此在整体功耗上控制在 35W 以内，用于二合一笔记本上。
ARM、X86 也能相互融合
之前我们在另一篇超能课堂《手机 SoC 与电脑的 CPU 性能究竟差多少？》就总结过，RISC、CISC 各有各的优势，目前两者界限开始逐渐变得模糊，现代的 CPU 往往采用了 CISC 的外围，而内部则加入了部分 RISC 的特性，这个也是 Intel 处理器的开始拥有 RISC 的典型例子。也就是说其实未来 CPU 发展方向之一就是融合 CISC 以及 RISC，从软件、硬件上取长补短，进一步提高处理器的并行性以及工艺水平。
X86、ARM 在性能、功耗上各占优势，尽管 ARM 一直想进入高性能服务器市场上，但一直都是雷声大雨点小，前不久想要挑战 intel 服务器地位的高通，ARM 服务器部门直接裁员 50%，技术副总裁也不玩了；ARM 处理器也期望能获得 X86 处理器的高性能，以便能用在移动笔记本上，就像刚刚推出的高通骁龙 835 Windows 笔记本一样，但评价、反映都是平平；Intel 利用 X86 架构 Atom 做手机 SoC，结果还是败给了 ARM，亏掉数十亿美元，最终直接砍掉了这个项目，老老实实做 X86 处理器。
所以说 ARM、X86 都在各自领域站稳了脚跟，由于设计之初的理念不同，已经很难渗入对方的领域，只能说不断尝试，两者之间的差异在将来可能会缩小，不断借鉴改进。
图片来自 esa-automation
本文地址：网络百科频道 https://www.eeeoo.cn/wangluo/1076370.html，嗨游网一个专业手游免费下载攻略知识分享平台，本站部分内容来自网络分享，不对内容负责，如有涉及到您的权益，请联系我们删除，谢谢！
相关阅读
