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更新时间:2022-12-19 14:43:41 ,IBM POWER PC为代表。RISC的设计初衷针对CISC CPU复杂的弊端 选择一些可以在单个CPU周期完成的指令 以降低CPU的复杂度 将复杂性交给编译器。举一个例子 CISC提供的乘法指令 调用时可完成内存a和内存b中的两个数相乘 结果存入内存a 需要多个CPU周期才可以完成 而RISC不提供“一站式”的乘法指令 需调用四条单CPU周期指令完成两数相乘 内存a加载到寄存器 内存b加载到寄存器 两个寄存器中数相乘 寄存器结果存入内存a。按照此思路 早期的设计出的RISC指令集 指令数是比CISC少些 但后来 很多RISC的指令集中指令数反超了CISC 因此 引用指令的复杂度而非数量来区分两种指令集。
当然 CISC也是要通过操作内存、寄存器、运算器来完成复杂指令的。它在实现时 是将复杂指令转换成了一个微程序 微程序在制造CPU时就已存储于微服务存储器。一个微程序包含若干条微指令 也称微码 执行复杂指令时 实际上是在执行一个微程序。这也带来两种指令集的一个差别 微程序的执行是不可被打断的 而RISC指令之间可以被打断 所以理论上RISC可更快响应中断。 在此 总结一下CISC和RISC的主要区别 CISC的指令能力强 但多数指令使用率低却增加了CPU的复杂度 指令是可变长格式 RISC的指令大部分为单周期指令 指令长度固定 操作寄存器 只有Load/Store操作内存CISC支持多种寻址方式 RISC支持方式少CISC通过微程序控制技术实现 RISC增加了通用寄存器 硬布线逻辑控制为主 是和采用流水线CISC的研制周期长RISC优化编译 有效支持高级语言二 arm架构和x86架构有什么区别1、性能 X86结构的电脑无论如何都比ARM结构的系统在性能方面要快得多、强得多。X86的CPU随便就是1G以上、双核、四核大行其道 通常使用45nm 甚至更高级 制程的工艺进行生产 而ARM方面 CPU通常是几百兆 最近才出现1G左右的CPU 制程通常使用不到65nm制程的工艺 可以说在性能和生产工艺方面ARM根本不是X86结构系统的对手。 但ARM的优势不在于性能强大而在于效率 ARM采用RISC流水线指令集 在完成综合性工作方面根本就处于劣势 而在一些任务相对固定的应用场合其优势就能发挥得淋漓尽致。 2、扩展能力 X86结构的电脑采用“桥”的方式与扩展设备 如 硬盘、内存等 进行连接 而且x86结构的电脑出现了近30年 其配套扩展的设备种类多、价格也比较便宜 所以x86结构的电脑能很容易进行性能扩展 如增加内存、硬盘等。 ARM结构的电脑是通过专用的数据接口使CPU与数据存储设备进行连接 所以ARM的存储、内存等性能扩展难以进行 一般在产品设计时已经定好其内存及数据存储的容量 所以采用ARM结构的系统 一般不考虑扩展。基本奉行“够用就好”的原则。 3、操作系统的兼容性 X86系统由微软及Intel构建的Wintel联盟一统天下 垄断了个人电脑操作系统近30年 形成巨大的用户群 也深深固化了众多用户的使用习惯 同时x86系统在硬件和软件开发方面已经形成统一的标准 几乎所有x86硬件平台都可以直接使用微软的视窗系统及现在流行的几乎所有工具软件 所以x86系统在兼容性方面具有无可比拟的优势。 Wintel联盟期间 微软与英特尔最默契的一次联手是对付PowerPC联盟 AIM联盟 。上世纪90年代初 苹果、IBM与摩托罗拉结成一个联盟 共推PowerPC微处理器。其构想是这样的 苹果发挥其操作系统软件的长处 摩托罗拉结合IBM在处理器方面的优势 推出有竞争力的PowerPC芯片 然后二者结合向联盟成员提供产品。 Wintel联盟随即展开了强烈的反攻。英特尔推出了具有划时代意义的奔腾芯片系列 而微软则“珠联璧合”地推出了Windows 95操作系统。英特尔和微软还分别展开了对PowerPC联盟 AIM联盟 的分化瓦解。 最后 PowerPC联盟 AIM联盟 无疾而终 微软与英特尔这一时期的局面可谓“同打虎 同剥皮 同养蜂 同吃蜜”。 Wintel联盟的瓦解 2010年 Intel眼看着快速发展的移动市场终于忍不住向当时的手机老大诺基亚伸出了橄榄枝 与诺基亚合作开发Meego系统 2011年初微软宣布正式支持ARM 双方开始互相背叛。2011年4月出身自微软的埃洛普成为诺基亚的CEO终结了Meego系统转而支持Windows Phone系统 同年9月Intel和谷歌宣布双方合作 一年多时间里Wintel两个企业上演了精彩的背叛大戏。 ARM系统几乎都采用Linux的操作系统 而且几乎所有的硬件系统都要单独构建自己的系统 与其他系统不能兼容 这也导致其应用软件不能方便移植 这一点一直严重制约了ARM系统的发展和应用。 GOOGLE开发了开放式的Android系统后 统一了ARM结构电脑的操作系统 使新推出基于ARM结构的电脑系统有了统一的、开放式的、免费的操作系统 为ARM的发展提供了强大的支持和动力。 Mac专用的CPU包括Power PC G3、Power PC G4和Power PC G5 都是ARM架构 它们是由IBM、Motorola等几家大公司联合为苹果电脑设计制造的 尤其是Power PC G4 还可以进行128位运算。由于它是128位运算 速度令那些32位CPU望尘莫及。在运行图形软件时 Mac的速度可以成倍提高。例如Photoshop 5.5为发挥Power Mac G4的速度潜能 专门设计了一个外挂程序 可以使整体速度提高2倍多 而某些特效渲染的性能更是提高了10倍。因而 苹果电脑在人们心中一向是图形图像专业应用的代名词 它所具备的浮点运算能力远远超过了普通PC。 从2006年1月开始 苹果开始使用和PC一样的Intel X86 因此 苹果电脑也可以使用Windows。可见 苹果公司希望他们的Mac产品能够走入寻常百姓家。 2020年6月23日凌晨 WWDC上苹果公布使用两年时间将Mac过渡到自主研发的Apple芯片 ARM架构 。2020年11月11日 新款搭载 M1 芯片的 MacBook Air、MacBook Pro 和 Mac mini 发布。 2011年初微软宣布正式支持ARM 4、软件开发的方便性及可使用工具的多样性 X86结构的系统推出已经近30年 在此期间 x86电脑经过飞速发展的黄金时期 用户的应用、软件配套、软件开发工具的配套及兼容等工作 已经到达非常成熟甚至可以说是完美的境界。所以使用X86电脑系统不仅有大量的第三方软件可供选择 也有大量的软件编程工具可以帮助您完成您所希望完成的工作。 Arm结构的电脑系统因为硬件性能的制约、操作系统的精简、以及系统兼容等问题的制约 造成Arm结构的电脑系统不可能像X86电脑系统那样有众多的编程工具和第三方软件可供选择及使用 ARM的编程语言大多采用C和JAVA。 对这一点的比较 更直接的结论是 基于x86结构电脑系统平台开发软件比arm结构系统更容易、更简单、实际成本也更低 同时更容易找到第三方软件 免去自己开发的时间和成本 而且软件移植更容易。 从以上对比分析 给了我们的一个很清晰的感觉 ARM和X86结构的电脑根本就无法对比 ARM根本就不是X86电脑的的对手。是的 如果只考虑上述几个方面的要数 ARM确实无法与X86电脑竞争 甚至连比较的资格都没有。但是近1、2年 ARM的产品在终端应用特别是手持终端应用飞速发展 如 智能手机、平板电脑等 其销售数量已经远远超出x86结构的电脑销售数量 可见ARM是具有其与X86结构电脑不可对比的优势。该优势就是 功耗。 5、功耗 X86电脑因考虑要适应各种应用的需求 其发展思路是 性能 速度。20多年来x86电脑的速度从原来8088的几M发展到现在随便就是几G 而且还是几核 其速度和性能已经提升了千、万倍 技术进步使x86电脑成为大众生活中不可缺少的一部分。但是x86电脑发展的方向和模式 使其功耗一直居高不下 一台电脑随便就是几百瓦 即使是号称低功耗节能的手提电脑或上网本 也有十几、二十多瓦的功耗 这与ARM结构的电脑就无法相比。 三 传统CPU 生产厂商 Intel和AMDIA32、x86、x86-32 IA64 AMD64、x86-64、x64和 Intel64、CT、IA-32E、EM64T Intel后来也采用该架构 先后使用Clackamas Technology (CT)、IA-32E、EM64T Extended Memory 64 Technology 最后命名为Intel64。 毫无疑问 Intel和AMD是传统CPU厂商里面的两个巨无霸 除了这两家外还曾经存在过以下几个厂商1、Cyrix Cyrix曾经是主流CPU市场的第三极 价格便宜而且有着自己整数运算能力强大的优势。至少在AMD K7之前 intel浮点最强 整数运算中等 Cyrix是整数运算强 浮点最弱 AMD是两者之间。 Cyrix主频也不如Intel 但是凭借整数运算能力强的优势 Cyrix玩出了PR标识法。比方说 主频只有120MHz的CPU标识位PR133 就是对标Intel的133 PR166就是对标奔腾166 但是主频仅仅150。 PR大法的AMD也会用 说白了就是号称达到竞争对手某一款产品的水平。 Cyrix的发热量也是比起同期产品高的 估计是工艺 后面即使傍上了IBM的大腿还是没有解决。说起来IBM曾经一度有X86处理器Cyrix的M2以及Power PC的处理器 作为以及PC行业的霸主 估计是不想被Intel制约。 2、IDT公司的Winchip处理器 WinChip C6微处理器运用IDT RISC技术 并特别针对MicrosoftWindows操作系统而设计 已通过Microsoft WindowsHardware Quality Lab WHQL 兼容认证 每一个IDT WinChip C6微处理器均附有Designed for Windows 95标志 并获得XXCAL颁发的白金级认可证书 与全球主要生产商设计及使用的软、硬件兼容 并能运行主要操作系统 包括Windows95、Windows 3.x、MS DOS、NovellNetWare、OS/2 Ware、UNIX及Solartis等其他应用软件及最新的MMX多媒体应用软件。 WinChip的处理器性能比起Cyrix还要弱一点 毕竟其本来就是RISC处理器 和CISC的有区别 最大的优点就是功耗低 便宜。线下我们更喜欢叫Wincheap。 3、Rise MP6 Rise公司是一家成立于1993年11月的美国公司 主要生产x86兼容的CPU Rise公司宣称将为笔记本及1000美元以下市场开发基于Socket 7的x86兼容CPU-著名的mP6 CPU。根据Rise公司的说法 不管该CPU的价格怎样 它将与同主频的Intel Pentium II CPU一样快。这是通过使用超流水线的超标量结构技术来实现的 它可以让3条整数指令或3个MMX指令或者2个浮点操作同时进行。这是理论上超过Pentium II最好的方法 因为Pentium II只有两条整数流水线 一个单FPU单元和2个MMX单元。因此 我们认为只有还未面世的AMD公司的K7 CPU才是它唯一有威胁的对手。 4、全美达 全美达 Transmeta NASDAQ TMTA是一家设计超长指令字 VLIW 程式码转译微处理器的美国有限公司 集中于开发减低电子设备功秏的运算技术 于1995年由Bob Cmelik、DaveDitzel、Colin Hunter、Ed Kelly、Doug Laird、Malcolm Wing与Grzegorz Zynerlo创立 至今为止共出产了两款兼容x86架构的处理器 Crusoe与Efficeon 该些处理器用于非常重视低功秏与散热能力的超便携式笔记型电脑、刀锋伺服器、与安静型桌上电脑上。 当然了 全美达实力不咋地 但是对于业界的贡献还是有的 甚至可以说到现在为止都有一点相关的。2006年的时候 全美达起诉Intel 因其侵害了10项涵盖了电脑架构与电力功率技术的全美达美国专利。该控诉指责制造与销售多种微处理器侵害了全美达的专利 当中最少包括了英特尔的奔腾III、奔腾4、奔腾M、酷睿与酷睿2产品线。2007年 两家和解 很明显 就是全美达起诉的有理 花钱结清恩怨。 5、PowerPC 说起PowerPC就不得不说IBM了。IBM蓝色巨人 曾经是IT行业的晴雨表 早期Intel起家就是因为IBM 而AMD作为备选厂家也是靠着IBM的早期订单挺下去的。 PowerPC 英语 Performance Optimization With Enhanced RISC – Performance Computing 有时简称PPC 是一种精简指令集 RISC 架构的中央处理器 CPU 其基本的设计源自IBM的POWER Performance Optimized With Enhanced RISC 《IBMConnect电子报》2007年8月号译为“增强RISC性能优化” 架构。POWER是1991年 Apple、IBM、Motorola组成的AIM联盟所发展出的微处理器架构。PowerPC是整个AIM联盟平台的一部分 并且是到目前为止唯一的一部分。但苹果电脑自2005年起 将旗下电脑产品转用Intel CPU。 PowerPC的历史可以追溯到早在1990年随RISC System/6000一起被介绍的IBM POWER架构。该设计是从早期的RISC架构 比如IBM 801 与MIPS架构的处理器得到灵感的。 1990年代 IBM、Apple和Motorola开发PowerPC芯片成功 并制造出基于PowerPC的多处理器计算机。PowerPC架构的特点是可伸缩性好、方便灵活。第一代PowerPC采用0.6微米制程 晶体管达到单芯片300万个。 6、 MIPS架构CPU 在上世纪80年代由美国斯坦福大学教授的研究小组研发 它采用精简指令系统计算结构(RISC)来设计芯片。和Intel采用的复杂指令系统计算结构(CISC)相比 RISC具有设计更简单、设计周期更短等优点 并可以应用更多先进的技术 开发更快的下一代处理器。MIPS是出现最早的商业RISC架构芯片之一 新的架构集成了所有原来MIPS指令集 并增加了许多更强大的功能。 MIPS自己只进行CPU的设计 之后把设计方案授权给客户 使得客户能够制造出高性能的CPU。 7、SUN公司的SPARC处理器 SUN现在我们知道的就是JAVA 其实早期SUN升阳科技还有自己的硬件。1987年 SUN和TI 德州仪器 公司合作开发了RISC微处理器——SPARC。SPARC微处理器最突出的特点就是它的可扩展性 这是业界出现的第一款有可扩展性功能的微处理器。SPARC的推出为SUN赢得了高端微处理器市场的领先地位。 与SPARC同时产生的还有Sun那句“网络就是计算机”。当时很多人不能理解Sun的这个论断 因为那时连个人计算还没有普及 更不要说是虚浮飘渺的网络计算了。实践证明 Sun的这个论断是正确的。现在的网格、云计算等 可以说都是来自于Sun的“网络就是计算机”。 四 移动端CPU 生产厂商1.高通 美国高通公司是全球3G、4G与下一代无线技术的领军企业 并致力于引领全球5G之路。移动行业与相邻行业重要的创新推动者。30多年来 高通的创想和创新推动了数字通信的演进 将各地的人们与信息、娱乐和彼此之间更紧密地联系在一起。目前已经向全球100多位制造商提供技术使用授权 涉及了世界上所有电信设备和消费电子设备的品牌。 高通处理器在手机CPU中属于行业领导者地位 是高端、高性能、高兼容性的代名词。基本上大多数手机厂家的旗舰机都是采用高通的处理器 从国际厂家到国产厂家 比如小米、一加、努比亚、乐视、酷派、索尼、LG等都是用高通处理器 得益于高通的市场占有量非常高 很多软件开发商往往会更倾向于兼容高通处理器的平台。 2.联发科 MTK MTK是台湾联发科技的手机处理器 是全球著名IC设计厂商 专注于无线通讯及数字多媒体等技术领域。其提供的芯片整合系统解决方案 包含无线通讯、高清数字电视、光储存、DVD及蓝光等相关产品。 早期MTK的芯片性能都平平 大多数都是国产一些山寨手机采用 因为价格低 并且可以提供一整块主板 所以得到山寨厂家的青睐 只要手机厂家设计外壳就可以生产一部手机了。而如今的MTK已经今非昔比了 如今联发科的芯片性能已经跟上一流水准 并且在功耗和性能有一个很好的平衡点 基本都能够满足手机的日常需求。 3.海思麒麟 海思是华为旗下半导体业务 致力于研发SoC SoC System on Chip的缩写 称为芯片级系统 也有称 网络监控芯片及解决方案、可视电话芯片及解决方案、DVB芯片及解决方案和IPTV芯片及解决方案 也就说做处理器的。而开始用于手机上是海思 K3V2 是2012年业界体积最小的四核A9架构处理器。他是一款高性能CPU 主频分为1.2GHz和1.5GHz 是华为自主设计 采用ARM架构40nm、64位内存总线 是英伟达Tegra 3内存总线的两倍。 海思同时也是值得我们骄傲的企业 在今年 华为推出的华为 mate 9上就是采用海思麒麟系列高端处理器麒麟960 这款芯片在性能、功耗都已经达到顶尖水平 也代表着国产芯片的实力 得到国内外很多媒体以及专业机构的认可 着实值得表扬 赞一个。 4.苹果A系列 苹果的处理器只使用在自家的iPhone、iPad等设备 A系列处理器向来都是非常强悍的 在安卓手机四核八核满天飞的时候 苹果依旧是双核 并且主频也没有安卓的高。得益于苹果把每个独立的内核设计的很强 每个内核的晶体管数量都非常多 晶体管数量越多性能也就越强 所以苹果A系列的处理器双核为什么比安卓四核要更强。 5.德州仪器 美国德州仪器公司 英语 Texas Instruments 简称 TI 是世界上最大的模拟电路技术部件制造商 全球领先的半导体跨国公司 以开发、制造、销售半导体和计算机技术闻名于世 主要从事创新型数字信号处理与模拟电路方面的研究、制造和销售。除半导体业务外 还提供包括传感与控制、教育产品和数字光源处理解决方案。换句话来说 德州仪器也是做CPU的。 采用过德州仪器处理器的手机有摩托罗拉XT910 DROID RAZR 、三星I9250 Galaxy Nexus 、华为U9200 Ascend P1 等 其实德州仪器在当时还是很不错的 只是由于市场的侧重不同 被高通反超 后面被慢慢落寞了 6.英伟达 NVIDIA 全称为NVIDIA Corporation NASDAQ NVDA 官方中文名称英伟达 创立于1993年1月 是一家以设计智核芯片组为主的无晶圆 Fabless IC半导体公司主要是做显卡的。在2013年小米3上面搭载的NVIDIA Tegra4处理器被媒体等关注 但是由于NVIDIA Tegra4这款处理器的兼容性不稳定 安卓的部分软件常常出现闪退、卡顿 导致人们对这款处理器的体验大打折扣 也是小米3的一个槽点 后面在手机端市场也渐渐落寞了。 7.联芯科技 联芯科技有限公司是大唐电信科技产业集团在集成电路设计板块的核心企业 专业从事2G 3G 4G移动互联网终端核心技术的研发与应用 提供3G/4G移动终端芯片及解决方案。在2013年发布双核手机处理器LC1811 而酷派在在2013年发布首款搭载联芯 LC 1811的手机 在当时体验可谓一般。 8.松果 松果是手机CPU界的新秀 是继华为后国产第二家拥有研发处理器能力的手机厂家 是小米旗下全资子公司。相比大家多少也有些了解了 松果在今年3月分布了首款八核处理器澎湃S1 采用28nm制程 小米用了28个月就研发出了可商用的处理器 并搭载在自家最新发布的小米5C上 根据各大媒体评测 这款手机在功耗和性能的表型达到了高通625的级别 对于一款新生CPU来说着实不容易 目前仅支持移动4G 但是根据雷布斯在发布会上强调后期可以用个软件升级的形式来支持联通4G 而且网上已经有教程了 已经购买的用户就不用担心使用联通卡的问题。 9.三星Exynos 猎户座 猎户座CPU 是三星自主研发的CPU 各项指标都很靠前 属于一流顶级CPU 性能非常出众 屏幕色彩艳丽 CPU和GPU指标优秀 整机性能非常出众。经常搭载在三星自家旗舰手机上 比如即将发布的三星S8 将搭载最新旗舰处理器8895。 五 传统GPU 生产厂商GPU有非常多的厂商都生产 和CPU一样 生产的厂商比较多 但大家熟悉的却只有那么两三个 以至于大家以为GPU只有那么两三个生产厂商。
在移动端GPU市场中 没有形成一家独大的竞争格局。目前主要的移动端GPU厂商有高通 ARM和Imagination。 高通的adreno来自ATI的imageon ATI最早被AMD收购 后来高通收购了AMD的移动设备资产 取得了AMD的矢量绘图与3D绘图技术和相关知识产权。后来高通结合AMD的手机图形技术发展为自家的Adreno图形处理器。 另一家移动计算的巨头ARM ARM在移动CPU的市场地位可谓遥不可及 但是在GPU领域 它确是诸多厂商中的一家 他的GPU业务也并非一开始就拥有 而是后来组建的。其GPU技术来自一家名为Falanx的公司 这家公司是早起从挪威大学脱离出来的一个名为mali的研究小组的成员组建的 最早定位于PC领域 失利后转向SoC GPU设计。随着SoC市场的不断壮大 以及移动计算的发展 ARM收购了Falanx 组建了自己的GPU事业部。 最后一家 Imagination Technologies 这是一家专注于GPU技术的公司 最早在桌面级GPU的竞争中失利 后来转战移动端 Intel,三星 苹果 联发科 展讯曾经都是他的客户 一度被认为是全球最大的移动GPU厂商。这家公司可谓命运多舛 曾经作为苹果的供应商 由于iphone的每代产品在图形性能方面都比arm公版的Mali GPU有优势 一度让Imagination风光无二 但是随着苹果宣布自研GPU Imagination的股票出现了断崖式下跌 公司濒临破产。后来将其业务进行拆分 MIPS业务出售给Tallwood MIPS,而GPU业务则出售给中国背景的私募基金Canyon Bridge。这一收购也填补了国内在GPU领域的空白。2020年1月2日 Imagination官方宣布与苹果达成新的多年期授权协议。根据新签订的协议 苹果公司可以使用Imagination更广泛的知识产权 IP 并交纳授权费用。 目前 移动GPU市场上的主流架构主要包括ARM开发的Mali、Imagination开发的PowerVR 以及高通开发的Adreno。除此之外 在近年来 也有越来越多手机芯片厂商加入自研GPU的队伍 其中便包括苹果、三星。 自2018年开始 就有消息传出三星正在自研GPU芯片 计划搭载于Galaxy系列智能手机上 并且从其美国研发中心的招募内容中也不难发现 三星正广招具备GPU开发专业知识的员工。 不仅如此 在2019年6月 三星还宣布与AMD达成战略合作 以获取其GPU技术授权 从而提升在移动GPU领域的竞争力 加快GPU芯片的研发速度。 而同为手机产商的苹果 尽管在2017年就开始自研GPU芯片 但从近些年的成效来看 苹果公司在GPU方面还未取得突破性进展。 七 CPU、GPU集成什么是核芯显卡 核芯显卡是建立在和处理器同一内核芯片上的图形处理单元。简而言之 就是与合并在一起的。 AMD的带核芯显卡的处理器被AMD称之为APU 加速处理器 带核芯显卡的处理器有sandy bridge SNB 、ivy bridge IVB 、haswell、skylake 、kabylake、coffeelake 平台。但二者区别很大 APU使用了物理整合和统一供电 也就是作在一块芯片上 统一双向电源管理 运行时采用 而intel的供电和接口的整合度不如APU 但由于非同一芯片 所以不存在异构计算所导致的互相影响。 苹果正式发布第一款用于Mac的自研电脑芯片M1。苹果公司表示 M1芯片实现了巨大飞跃 它能够让Mac成为完全不同的产品。这颗芯片采用5纳米制程工艺 CPU、GPU、缓存集成在一起 其中包含160亿个晶体管. |
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