cpu架構(gòu)簡析

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1、CPU架構(gòu)解析報告報告人：夏栩四川農(nóng)業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院本報告旨在從x86、MIPS、ARM等不同，簡單分析說明各種架構(gòu)之間關(guān)系、以及各自特點。首先明確體系架構(gòu)和體系結(jié)構(gòu)的定義，然后分別論述x86、ARM、MIPS架構(gòu)的特點，然后是簡單介紹ARM與MIPS對比，ARM與X86對比，最后是談一下對ARM處理器的前景觀望。首先，體系架構(gòu)的定義：CPU架構(gòu)是CPU廠商給屬于同一系列的CPU產(chǎn)品定的一個規(guī)范，主要目的是為了區(qū)分不同類型CPU的重要標(biāo)示。目前市面上的CPU主要分有兩大陣營，一個是intel系列CPU，另一個是AMD系列CPU。圖表1第一塊支持X86指令集的Inteli8086處理器

2、圖表2AMD系列CPU體系結(jié)構(gòu)的定義:在計算世界中,"體系結(jié)構(gòu)"一詞被用來描述一個抽象的機器,而不是一個具體的機器實現(xiàn)。一般而言，一個CPU的體系結(jié)構(gòu)有一個指令集加上一些寄存器而組成。“指令集”與“體系結(jié)構(gòu)”這兩個術(shù)語是同義詞。一、x86、ARM、MIPS架構(gòu)x86、ARM、MIPS算是是目前最常見也相對最知名的處理器架構(gòu)了?！?、x86架構(gòu)圖表3X86架構(gòu)處理器示意圖x86或80x86是英特爾首先開發(fā)制造的一種微處理器體系結(jié)構(gòu)的泛稱。該系列較早期的處理器名稱是以數(shù)字來表示，并以“86”作為結(jié)尾，包括Intel8086、80186、80286、80386以及80486，因此其架構(gòu)被稱為

3、“x86”。x86架構(gòu)于1978年推出的Intel8086中央處理器中首度出現(xiàn)，它是從Intel8008處理器中發(fā)展而來的，而8008則是發(fā)展自Intel4004的。8086在三年后為IBMPC所選用，之后x86便成為了個人電腦的標(biāo)準(zhǔn)平臺，成為了歷來最成功的CPU架構(gòu)。8086是16位元處理器；直到1985年32位元的80386的開發(fā)，這個架構(gòu)都維持是16位元。接著一系列的處理器表示了32位元架構(gòu)的細(xì)微改進，推出了數(shù)種的擴充，直到2003年AMD對于這個架構(gòu)發(fā)展了64位元的擴充，并命名為AMD64。后來Intel也推出了與之兼容的處理器，并命名為Intel64。兩者一般被統(tǒng)稱為x86-

4、64或x64，開創(chuàng)了x86的64位時代。值得注意的是Intel早在1990年代就與惠普合作提出了一種用在安騰系列處理器中的獨立的64位架構(gòu)，這種架構(gòu)被稱為IA-64。IA-64是一種嶄新的架構(gòu)，和x86架構(gòu)完全沒有相似性。（對于Intel和AMD的處理器技術(shù)，打算專門挑些典型的區(qū)別總結(jié)一篇文章）x86架構(gòu)是重要地可變指令長度的CISC。字組（word,4字節(jié)）長度的內(nèi)存存取允許不對齊內(nèi)存位址，字組是以低位字節(jié)在前的順序儲存在內(nèi)存中。向后相容性一直都是在x86架構(gòu)的發(fā)展背后一股驅(qū)動力量（設(shè)計的需要決定了這項因素而常常導(dǎo)致批評，尤其是來自對手處理器的擁護者和理論界，他們對于一個被廣泛認(rèn)為是

5、落后設(shè)計的架構(gòu)的持續(xù)成功感到不解）。但在較新的微架構(gòu)中，x86處理器會把x86指令轉(zhuǎn)換為更像RISC的微指令再予執(zhí)行，從而獲得可與RISC比擬的超標(biāo)量性能，而仍然保持向前兼容。如今，我們面前的PC機基本都是x86架構(gòu)計算機。如果你想嘗試其他架構(gòu)的計算機，首先要考慮的是放棄Windows系統(tǒng)。（好消息是即將正式發(fā)布的Windows8將支持x86和ARM兩種架構(gòu)）·2、ARM架構(gòu)圖表4ARMCortex-A9架構(gòu)處理器圖表5ARMCortex-A8處理器隸屬于Cortex-A系列，基于ARMv7-A架構(gòu)ARM架構(gòu)（進階精簡指令集機器（AdvancedRISCMachine），較早稱作Aco

6、rnRISCMachine）是一個32位元精簡指令集（RISC）處理器架構(gòu)，其廣泛地使用在許多嵌入式系統(tǒng)設(shè)計。由于節(jié)能的特點，ARM處理器非常適用于移動通訊領(lǐng)域，符合其主要設(shè)計目標(biāo)為低耗電的特性。ARM架構(gòu)包含了下述RISC特性：1.讀?。瘍Υ婕軜?gòu)2.正交指令集（任意存取指令可以任意的尋址方式存取數(shù)據(jù)Orthogonalinstructionset）3.大量的16×32-bit寄存器陣列（registerfile）4.固定的32bits操作碼（opcode）長度，降低編碼數(shù)量所產(chǎn)生的耗費，減輕解碼和流水線化的負(fù)擔(dān)。5.大多均為一個CPU周期執(zhí)行。為了補強這種簡單的設(shè)計方式，相較于同時期

7、的處理器如Intel80286和Motorola68020，還多加了一些特殊設(shè)計：1.大部分指令可以條件式地執(zhí)行，降低在分支時產(chǎn)生的負(fù)重，彌補分支預(yù)測器（branchpredictor）的不足。2.算數(shù)指令只會在要求時更改條件編碼（conditioncode）3.32-bit筒型位移器（barrelshifter）可用來執(zhí)行大部分的算數(shù)指令和尋址計算而不會損失效能4.強大的索引尋址模式（addressingmode）5.精簡但快速的雙優(yōu)先級中斷