了解芯片的四大主流架构

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@小白创作中心

了解芯片的四大主流架构

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CSDN

https://blog.csdn.net/m0_74824552/article/details/144319197

芯片架构是芯片设计中的核心环节，对芯片的功能、性能、功耗等方面有着决定性的影响。目前全球主流的芯片架构主要包括X86、ARM、MIPS和RISC-V四种。它们各自具有不同的特点和优势，共同推动着信息技术的发展。

一、芯片架构是什么？

芯片架构是指对芯片的类别和属性的描述。在讨论SoC（系统级芯片）时，通常指的是嵌入式处理核心的类型；而在提到X86和ARM时，则主要指代指令集。

二、架构对芯片的作用

芯片架构在设计阶段就决定了芯片的核心特性：

功能与性能：架构设计直接决定了芯片能够执行的功能、处理速度和效率。
成本与功耗：不同架构在实现相同功能时，所需的硬件复杂度、制造成本和功耗各不相同。
接口与兼容性：架构设计还决定了芯片与外部组件的连接方式，包括通信接口和数据传输速度等。

三、主流的芯片架构

目前，全球主流的芯片架构类型包括ARM架构、X86架构、MIPS架构、RISC-V架构。这些架构在性能、功耗、智能化等方面各有优势和特色，为各种应用场景提供了广阔的选择空间。

1. ARM架构

ARM架构是一个32位精简指令集处理器架构，广泛应用于嵌入式系统设计。由于其节能的特点，ARM处理器非常适用于移动通讯领域，符合其主要设计目标为低耗电的特性。

如今，ARM家族占了所有32位嵌入式处理器75%的比例，使它成为占全世界最多数的32位架构之一。ARM处理器可以在很多消费性电子产品上看到，从可携式装置到电脑外设甚至在导弹的弹载计算机等军用设施中都有它的存在。

架构优势

体积小、低功耗、低成本、高性能
支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集
大量使用寄存器，指令执行速度更快
寻址方式灵活简单，执行效率高
Load_store结构：在RISC中，所有的计算都要求在寄存器中完成。而寄存器和内存的通信则由单独的指令来完成。而在RSIC中，CPU是可以直接对内存进行操作的。

2. X86架构

X86是微处理器执行的计算机语言指令集，指一个Intel通用计算机系列的标准编号缩写，也标识一套通用的计算机指令集合。1978年6月8日，Intel发布了新款16位微处理器8086，也同时开创了一个新时代：X86架构诞生了。

X86指令集是美国Intel公司为其第一块16位CPU（i8086）专门开发的，美国IBM公司1981年推出的世界第一台PC机中的CPU–i8088（i8086简化版）使用的也是X86指令。为了保证电脑能继续运行以往开发的各类应用程序以保护和继承丰富的软件资源，所以Intel公司所生产的所有CPU仍然继续使用X86指令集。

架构优势

兼容性强：X86架构的兼容性极强，几乎所有基于X86架构的电脑都可以运行同样的指令，这使得X86架构的电脑在软件兼容性方面具有优势。
性能稳定：X86架构的电脑在运行速度和稳定性方面表现较好，能够满足大部分用户的需求。
广泛支持：X86架构的电脑得到了众多软件开发商的支持，拥有大量的软件资源，用户可以轻松找到适合自己需求的软件。
成熟的生态系统：X86架构的电脑拥有成熟的生态系统，包括操作系统、应用软件、硬件驱动等，为用户提供了全方位的支持和服务。

3. MIPS架构

MIPS架构是一种采取精简指令集（RISC）的处理器架构，1981年出现，由MIPS科技公司开发并授权，它是基于一种固定长度的定期编码指令集，并采用导入/存储（Load/Store）数据模型。经改进，这种架构可支持高级语言的优化执行。其算术和逻辑运算采用三个操作数的形式，允许编译器优化复杂的表达式。