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CPU 架构
CPU架构主要包括以下几个方面:
- 指令集架构(
ISA
):ISA定义了CPU可以执行的指令集,包括指令的格式、功能和寻址方式等。 - 微架构:微架构描述了CPU内部的实现细节,包括寄存器的数量和类型、流水线的结构、缓存的层次等。
- 系统架构:系统架构定义了CPU与其他系统部件的连接方式,包括总线协议、中断机制等。
AMD64(x86-64)架构
最初由Intel开发,现在主要由Intel和AMD两家公司推进,广泛用于个人电脑和服务器,是一种复杂指令集(CISC
)架构,具有丰富的指令集和强大的功能,是目前应用最广泛的CPU架构,主要用于PC机、服务器和工作站等。
ARM架构
英国ARM Holdings公司开发,最初用于嵌入式系统。ARM架构是一种精简指令集(RISC
)架构,具有指令集简洁、功耗低等特点。ARM架构是目前应用第二广泛的CPU架构,主要用于智能手机、平板电脑、物联网设备等。
分为:ARMv1
、ARMv2
、ARMv3
、ARMv4
、ARMv5
、ARMv6
、ARMv7
、ARMv8
ARM公司自2004年退出ARMv7
指令集架构时,便摒弃了以往"ARM+数字"这种微架构命名方法(之前的处理器统称经典处理器系列),启用Cortex来命名微架构,并将Cortex系列细分微三大类。
Cortex-A
: 面向性能密集型系统的应用处理器核。
Cortex-R
: 面向实时应用的高性能核。
Cortex-M
: 面向各类嵌入式应用的微控制器核。
- 公版ARM: 授权“ARM处理器IP”给其他的芯片生产商,收取对应的前期授权费(Upfront License Fee),以及量产后的版税。俗称为公版ARM,如Cortex-A系列。
- 自研定制ARM:转让“ARM架构授权”给其他的芯片生产商,收取对应的架构授权费,由芯片公司基于ARM架构授权自主开发私有内核,也俗称为定制自研ARM。
公版ARM
Cortex-M0
微架构,基于ARMv6
指令集架构,代表:STMF0系列
Cortex-M3
微架构,基于ARMv7
指令集架构,代表:STMF1系列
Cortex-M4
微架构,基于ARMv7
指令集架构,代表:STMF4系列
Cortex-A55
微架构,基于ARMv8.2-A
指令集架构,代表:荣耀30s搭载的麒麟810处理器中有6个Cortex-A55小核
基于ARM架构的自研私有内核
- Twister微架构,基于ARMv8-A指令集架构,代表:苹果iphone6s搭载的A9处理器中有2个twister小核
- Kryo微架构,基于ARMv8-A指令集架构,代表:三星S7搭载的高通骁龙820中有2个Kryo小核
CUDA架构GPU(图形处理器)
美国NVIDIA公司的CUDA架构,专用于图形处理和并行计算任务
Graphics Gore Next (GCN) 架构 (图形处理器)
美国AMD公司的Graphics Core Next (GCN)架构,专用于图形处理和并行计算任务。
MIPS架构
MIPS架构是美国MIPS Technologies公司开发的,是一种RISC架构。MIPS架构局右指令集简洁、性能高、易于移植等特点。MIPS脚骨主要用于嵌入式系统和网络设备如路由器等。
SPARC架构
由Sun Microsystems (现属于Oracle)开发,常用于高性能工作站和服务器。
POWER/PowerPC架构
由IBM开发,广泛用于服务器、超级计算机和嵌入式系统。
Alpha架构
申威对自主的Alpha架构在不断深化升级,在双核Alpha基础上拓展了多核架构和SIMD等特色扩展指令集,主要面向高性能计算、服务器领域。
EPIC(显式并行指令计算)架构
EPIC架构的特点是通过编译器明确指令之间的并行性,从而提高执行效率。常见的EPIC架构包括:
- Itanium(IA-64):由Intel和HP联合开发,主要用于高端服务器和工作站。
VLIW(超长指令字)架构
VLIW架构的特点是通过编译器将多个操作打包成一个指令字,从而实现并行执行。常见的VLIW架构包括:
- Transmeta Crusoe: 曾用于低功耗计算设备
- TI C6000 DSP: 由德州仪器(TI)开发,广泛用于数字信号处理。
DSP(数字信号处理器)架构
专用于处理数字信号,常见于音频、视频和通信处理。常见的DSP架构包括TI C5000/C6000系列和Analog Devices的SHARC。
RISC-V 现代开源架构
RISC-V架构是一种开源的RISC架构,由RISC-V基金会管理。RISC-V架构具有指令简洁、可扩展性强、成本低等特点。RISC-V架构尚处于发展初期,但具有很大的发展潜力,逐渐在学术界和工业界获得关注和采用。