CPU架构详解：从基础概念到主流架构

CPU架构详解：从基础概念到主流架构

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/hm__2016/article/details/145212691

1. CPU（中央处理单元，处理器）

CPU就像计算机的大脑，负责存储数据（通过寄存器存储少量数据）、处理数据（通过算术单元）和控制返回（通过控制逻辑单元）。

2. CPU架构

CPU架构决定了CPU的基本框架，包括指令系统（目前主要有复杂指令集系统和精简指令集系统）以及存储、处理和控制部门之间的协作方式。

3. 主流的CPU架构

• x86, x86-64：复杂指令集（CISC），主要用于个人电脑和服务器，代表厂商有海光和兆芯。
• ARM：精简指令集（RISC），主要用于智能手机和平板电脑，代表厂商有华为鲲鹏和飞腾。
• MIPS：精简指令集（RISC），主要用于高性能计算。
• PowerPC：精简指令集（RISC），主要用于云计算和大数据处理。
• RISC-V：精简指令集（RISC），近年来发展迅速，具有开源特点。

简要说明复杂指令集和精简指令集的区别：

假设要实现一个复杂功能，比如去超市买水果：

• 复杂指令集会用一个指令直接实现整个过程。
• 精简指令集会将过程分解为多个简单步骤（如去超市、买水果、回来），每个步骤的复杂度保持一致。

这导致复杂指令集的指令长度长短不一，而精简指令集的指令长度较短且一致。

4. 操作系统与CPU架构

操作系统就像一个管家，负责管理硬件资源以执行用户命令。不同CPU有其特定的指令集（语言），因此操作系统需要支持相应的指令集才能与CPU通信。

例如：

• Windows-x86和Linux-x86支持x86指令集
• Windows-x86-64和Linux-x86-64支持x86-64指令集
• Linux-ARM支持ARM指令集

5. 异构计算

异构计算是指在同一计算系统中使用不同类型的处理器（如CPU、GPU、FPGA、DSP等）来协同完成计算任务。这种方法可以充分发挥各类处理器的优势，提高计算性能和能效。

• GPU：图形处理器，俗称显卡，擅长并行计算。
• DSP：数字信号处理器，专门用于数字信号处理。
• FPGA：现场可编程门阵列，可通过编程重新配置其内部逻辑功能。

一个形象的比喻是：CPU像一个教授，适合处理复杂任务；GPU像一群小学生，适合处理简单重复的计算任务。

6. 参考资料

• CPU架构详解
• CPU指令集
• 异构计算