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ARM、X86/Atom、MIPS、PowerPC四大CPU體系架構

RISC(精簡指令集計算機)是一種執行較少型別計算機指令的微處理器,起源於80年代的MIPS主機(即RISC機),RISC機中採用的微處理器統稱RISC處理器。這樣一來,它能夠以更快的速度執行操作(每秒執行更多百萬條指令,即MIPS)。因為計算機執行每個指令型別都需要額外的晶體管和電路元件,計算機指令集越大就會使微處理器更複雜,執行操作也會更慢。

 

  • 性能特點一:由於指令集簡化後,流水線以及常用指令均可用硬體執行; 

  • 性能特點二:採用大量的暫存器,使大部分指令操作都在暫存器之間進行,提高了處理速度; 

  • 性能特點三:採用快取—主機—外存三級儲存結構,使取數與存數指令分開執行,使處理器可以完成盡可能多的工作,且不因從儲存器存取信息而放慢處理速度。

 

其中ARM/MIPS/PowerPC均是基於精簡指令集機器處理器的架構;
X86則是基於複雜指令集的架構,Atom是x86或者是x86指令集的精簡版。
根據各種新聞,Android在支持各種處理器的現狀:

 

  • ARM+Android 最早發展、完善的支持,主要在手機市場、上網本、智慧等市場;

  • X86+Android 有比較完善的發展。有atom+Android的上網本,且支

  • Atom+Android 和 Atom+Window7雙系統;

  • MIPS+Android 目前在移植、完善過程中;

  • Powpc+Android 目前在移植、完善過程中。

 

ARM系列處理器

 

ARM架構,過去稱作進階精簡指令集機器(Advanced RISC Machine,更早稱作:Acorn RISC Machine),是一個32位精簡指令集(RISC)處理器架構,其廣泛地使用在許多嵌入式系統設計。由於節能的特點,ARM處理器非常適用於行動通訊領域,符合其主要設計標的為低耗電的特性。

 

在今日,ARM家族占了所有32位嵌入式處理器75%的比例,使它成為占全世界最多數的32位架構之一。ARM處理器可以在很多消費性電子產品上看到,從可攜式裝置(PDA、移動電話、多媒體播放器、掌上型電子游戲,和計算機)到電腦外設(硬碟、桌上型路由器)甚至在導彈的彈載計算機等軍用設施中都有他的存在。在此還有一些基於ARM設計的派生產品,重要產品還包括Marvell的XScale架構和德州儀器的OMAP系列。

 

  • 優勢:價格低;能耗低;
  • ARM 授權方式:ARM 公司本身並不靠自有的設計來製造或出售 CPU ,而是將處理器架構授權給有興趣的廠家。
  • 生產廠商:TI (德州儀器)/Samsung(三星)/Freescale(飛思卡爾)/Marvell(馬維爾)/Nvidia(英偉達)

 

ARM 提供了多樣的授權條款,包括售價與散播性等專案。對於授權方來說,ARM 提供了 ARM 內核的整合硬體敘述,包含完整的軟體開發工具(編譯器、debugger、SDK),以及針對內含 ARM CPU 硅芯片的銷售權。對於無晶圓廠的授權方來說,其希望能將 ARM 內核整合到他們自行研發的芯片設計中,通常就僅針對取得一份生產就緒的智財核心技術(IP Core)認證。對這些客戶來說,ARM 會釋出所選的 ARM 核心的閘極電路圖,連同抽象模擬模型和測試程式,以協助設計整合和驗證。需求更多的客戶,包括整合元件製造商(IDM)和晶圓廠家,就選擇可合成的RTL(暫存器轉移層級,如 Verilog)形式來取得處理器的智財權(IP)。

 

藉著可整合的 RTL,客戶就有能力能進行架構上的最佳化與加強。這個方式能讓設計者完成額外的設計標的(如高震蕩頻率、低能量耗損、指令集延伸等)而不會受限於無法更動的電路圖。雖然 ARM 並不授予授權方再次出售 ARM 架構本身,但授權方可以任意地出售製品(如芯片元件、評估板、完整系統等)。商用晶圓廠是特殊例子,因為他們不僅授予能出售包含 ARM 內核的硅晶成品,對其它客戶來講,他們通常也保留重制 ARM 內核的權利。

x86系列/Atom處理器

 

xx86或80×86是英代爾Intel首先開發製造的一種微處理器體系結構的泛稱。
x86架構是重要地可變指令長度的CISC(複雜指令集電腦,Complex Instruction Set Computer)。

 

Intel Atom(中文:凌動,開發代號:Silverthorne)是Intel的一個超低電壓處理器系列。處理器採用45納米工藝製造,集成4700萬個晶體管。L2快取為512KB,支持SSE3指令集,和VT虛擬化技術(部份型號)。

 

現時,Atom處理器系列有6個型號,全部都是屬於Z500系列。它們分別是Z500、Z510、Z520、Z530、Z540和Z550。最低端的Z500內核頻率是800MHz,FSB則是400MHz。而最高速的Z550,內核頻率則有2.0GHz,FSB則是533MHz。從Z520開始,所有的處理器都支持超執行緒技術,但只增加了不到10%的耗電。雙內核版本為N系列,依然採用945GC芯片組。雙內核版本仍會支持超執行緒技術,所以系統會顯示出有4個邏輯處理器。這個版本的兩個內核並非採用本地設計,只是簡單的將兩個單內核封裝起來。

MIPS系列處理器

 

MIPS是世界上很流行的一種RISC處理器。MIPS的意思是“無內部互鎖流水級的微處理器”(Microprocessor without interlocked piped stages),其機制是儘量利用軟體辦法避免流水線中的資料相關問題。它最早是在80年代初期由斯坦福(Stanford)大學Hennessy教授領導的研究小組研製出來的。MIPS公司的R系列就是在此基礎上開發的RISC工業產品的微處理器。這些系列產品為很多計算機公司採用構成各種工作站和計算機系統。

 

MIPS技術公司是美國著名的芯片設計公司,它採用精簡指令系統計算結構(RISC)來設計芯片。和英特爾採用的複雜指令系統計算結構(CISC)相比,RISC具有設計更簡單、設計周期更短等優點,並可以應用更多先進的技術,開發更快的下一代處理器。MIPS是出現最早的商業RISC架構芯片之一,新的架構集成了所有原來MIPS指令集,並增加了許多更強大的功能。MIPS自己只進行CPU的設計,之後把設計方案授權給客戶,使得客戶能夠製造出高性能的CPU。

 

  • 1984年,MIPS計算機公司成立,開始設計RISC處理器;

  • 1986年推出R2000處理器。

  • 1992年,SGI收購了MIPS計算機公司。

  • 1988年推R3000處理器。

  • 1991年推出第一款64位商用微處器R4000;之後又陸續推出R8000(於1994年)、R10000(於1996年)和R12000(於1997年)等型號。

  • 1998年,MIPS脫離SGI,成為MIPS技術公司;隨後,MIPS公司的戰略發生變化,把重點放在嵌入式系統;1998年-MIPS科技股票在美國納斯達克股票交易所公開上市。

  • 1999年,MIPS公司發佈MIPS32和MIPS64架構標準,為未來MIPS處理器的開發奠定了基礎。新的架構集成了所有原來NIPS指令集,並且增加了許多更強大的功能。MIPS公司陸續開發了高性能、低功耗的32位處理器內核(core)MIPS324Kc與高性能64位處理器內核MIPS64 5Kc。

  • 2000年,MIPS公司發佈了針對MIPS32 4Kc的版本以及64位MIPS 64 20Kc處理器內核。 

  • 2007年8月16日-MIPS科技宣佈,中科院計算機研究所的龍芯中央處理器獲得其處理器IP的全部專利和總線、指令集授權。

  • 2007年12月20日-MIPS科技宣佈,揚智科技已取得其針對先進多媒體所設計的可定製化系統單芯片(SoC)核心“MIPS32 24KEc Pro”授權。

 

PowerPC系列處理器

 

PowerPC 是一種精簡指令集(RISC)架構的中央處理器(CPU),其基本的設計源自IBM(國際商用機器公司)的IBM PowerPC 601 微處理器POWER(Performance Optimized With Enhanced RISC;《IBM Connect 電子報》2007年8月號譯為“增強RISC性能優化”)架構。二十世紀九十年代,IBM(國際商用機器公司)、Apple(蘋果公司)和Motorola(摩托羅拉)公司開發PowerPC芯片成功,並製造出基於PowerPC的多處理器計算機。PowerPC架構的特點是可伸縮性好、方便靈活。

 

PowerPC 處理器有廣泛的實現範圍,包括從諸如 Power4 那樣的高端服務器 CPU 到嵌入式 CPU 市場(任天堂 Gamecube 使用了 PowerPC)。PowerPC 處理器有非常強的嵌入式表現,因為它具有優異的性能、較低的能量損耗以及較低的散熱量。除了象串行和以太網控制器那樣的集成 I/O,該嵌入式處理器與“台式機”CPU 存在非常顯著的區別。

實時性(Real Time)DSP架構

DSP是微處理器的一種,這種微處理器具有極高的處理速度.因為應用這類處理器的場合要求具有很高的實時性(Real Time)。比如通過移動電話進行通話,如果處理速度不快就只能等待對方停止說話,這一方纔能通話。如果雙方同時通話,因為數字信號處理速度不夠,就只能關閉信號連接.在DSP出現之前數字信號處理只能依靠MPU(微處理器)來完成。但MPU較低的處理速度無法滿足高速實時的要求。

 

因此,直到70年代,有人才提出了DSP的理論和演算法基礎。那時的DSP僅僅停留在教科書上,即便是研製出來的DSP系統也是由分立元件組成的,其應用領域僅局限於軍事、航空航天部門。90年代DSP發展最快,相繼出現了第四代和第五代DSP器件。現在的DSP屬於第五代產品,它與第四代相比,系統集成度更高,將DSP芯核及外圍元件綜合集成在單一芯片上。這種集成度極高的DSP芯片不僅在通信、計算機領域大顯身手,而且逐漸滲透到人們日常消費領域。

 

文章來源:

https://www.cnblogs.com/wangyiwei/p/7831282.html?from=singlemessage

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