4 つの主流の CPU アーキテクチャとは何ですか?

4 つの主流 CPU アーキテクチャ: 1. 順次実行。 2. ARM アーキテクチャは、32 ビット縮小命令セット (RISC) アーキテクチャです。 3. RISC-V アーキテクチャは、縮小命令セット コンピューティング (RISC) の原理に基づいたオープン命令セット アーキテクチャです。 4. MIPS アーキテクチャは、縮小命令セット (RISC) を採用し、高級言語の最適化された実行をサポートできるプロセッサ アーキテクチャです。

このチュートリアルの動作環境: Windows 7 システム、Dell G3 コンピューター。

中央処理装置 (CPU) はスマート デバイスの頭脳です。その仕事は、ディスプレイ、タッチ スクリーン、モデムなどのデバイスを駆動するための一連の命令を実行することにより、プラスチックと金属の塊を光沢のあるスマートフォンやタブレットに変えることです。

cpu アーキテクチャ

CPU アーキテクチャは、同じシリーズに属する CPU 製品に対して CPU メーカーによって設定された仕様であり、主な目的は、さまざまなタイプの CPU 製品の重要な指標を区別することです。 CPU。現在、市場で販売されている CPU の分類は、Intel や AMD が主導する複雑命令セット CPU と、IBM や ARM が主導する縮小命令セット CPU の 2 つに主に分かれています。 2 つの異なるブランドの CPU は製品アーキテクチャが異なります。たとえば、Intel と AMD の CPU は X86 アーキテクチャに基づいており、IBM の CPU は PowerPC アーキテクチャに基づいており、ARM の CPU は ARM アーキテクチャに基づいています。

#4 つの主要な主流チップ アーキテクチャ (X86、ARM、RISC、MIPS)

1、X86 アーキテクチャ

X86 は、マイクロプロセッサによって実行されるコンピュータ言語命令セットであり、Intel 汎用コンピュータ シリーズの標準番号の略称であり、汎用コンピュータ命令セットを識別するものでもあります。 1978 年 6 月 8 日、インテルは新しい 16 ビット マイクロプロセッサ 8086 をリリースしました。これにより、X86 アーキテクチャが誕生し、新時代の到来も告げられました。

X86 命令セットは、米国インテル コーポレーションが最初の 16 ビット CPU (i8086) 用に特別に開発したもので、1981 年に米国 IBM 社が発売した世界初の PC の CPU (i8088) ( i8086 の簡易バージョン) も X86 命令を使用します。

CISC(Complex struction Set Computer、複雑命令セットコンピュータ)アーキテクチャを採用。 RISC を使用する場合と異なり、CISC プロセッサでは、プログラムの各命令が順番にシリアルに実行され、各命令内の演算も順番にシリアルに実行されます。逐次実行の利点は制御が簡単なことですが、コンピュータ各部の使用率が高くなく、実行速度が遅いという点があります。

CPU テクノロジーの継続的な開発に伴い、インテルは新しい i80386、i80486、そして今日の Pentium 4 シリーズを次々と開発してきましたが、コンピュータが過去に開発されたさまざまなアプリケーションを引き続き実行できるようにするために、豊富なソフトウェア リソースを継承しているため、Intel が製造するすべての CPU は引き続き X86 命令セットを使用します。

2. ARM アーキテクチャ

ARM は Advanced RISC Machine の略で、32 ビットの RISC (Reduced structs Set) アーキテクチャですが、 16 ビット命令セットを使用すると、通常、同等の 32 ビット コードと比較して最大 35% 節約できますが、32 ビット システムのすべての利点を維持できます。

多くの組み込みシステム設計で広く使用されています。 ARM プロセッサは、その省エネルギー特性により、低消費電力という主な設計目標に沿って、モバイル通信に非常に適しています。現在、ARM ファミリはすべての 32 ビット組み込みプロセッサの 75% を占めており、世界で最も有力な 32 ビット アーキテクチャの 1 つとなっています。 ARM プロセッサは、ポータブル デバイスからコンピュータ周辺機器に至るまで、多くの家電製品、さらにはミサイル搭載コンピュータなどの軍事施設にも使用されています。

小型、低消費電力、低コスト、高性能 - ARM が組み込みシステムで広く使用されている最も重要な理由は、Thumb (16 ビット)/ARM (32 ビット) デュアル命令セットをサポートすることです。 8 ビット/16 ビット デバイスとの互換性が高く、命令をより高速に実行するために多数のレジスタが使用されます。ほとんどのデータ操作はレジスタ内で完了します。アドレッシング方法は柔軟でシンプルで、実行効率が高く、命令の長さは固定です。 Load_store 構造: RISC では、すべての計算はレジスタ内で完了する必要があります。レジスタとメモリ間の通信は別個の命令によって完了します。 CSIC では、CPU がメモリ上で直接動作できます。パイプライン処理方式

Ps:RISCおよびCISC

パーソナル コンピュータは、現在のコンピュータが多数の Intel X86 アーキテクチャ CPU を使用しているため、X86 アーキテクチャ コンピュータと呼ばれることがよくあります。 X86 アーキテクチャ CPU は複雑な命令セットを使用しますが、現在の携帯電話チップは簡素化された命令セットを使用します。いわゆる命令セットは、プロセッサが演算を実行できる最小単位の集合であり、たとえば加算、減算、乗算、除算は特定の命令によって実装されます。複雑な命令セット (CISC) は、多くの複雑な命令が含まれており、それぞれの命令の長さが異なり、命令の実行が柔軟です。単一の命令でより豊富な作業内容を処理できますが、柔軟性が高いほど CISC の活用が難しくなるという問題があります。走ったり跳んだりできる五種競技選手と同じように、プロセッサ リソースの割合は高くありませんが、走る選手と比べて利点はありません。縮小命令セット (RISC) プロセッサは、比較的合理化されたマイクロ命令セットと 1 つの完了アクションを備えた特殊なプレーヤーと呼ばれるものです。したがって、1 つのマイクロ命令の実行時間は比較的短く、比較的複雑な演算を完了するには、実行する必要があるマイクロ命令の数が増加します。

• RISC: 縮小命令セットコンピュータ

RISC は単純な構造を持ち、頻繁に使用される単純な命令を選択しており、長さはほとんど固定されています。シングルサイクル命令
は、消費電力、量、価格などの点で大きな利点があり、主に組み込み分野で使用されます

• Cisc: 複雑な命令セット プロセッサ

# はハードウェア実行命令の機能に焦点を当てています。CISC 命令とプロセッサのハードウェア構造は複雑です。

3. RISC-V アーキテクチャ

RISC-V アーキテクチャは、縮小命令セット コンピューティング (RISC) の原理に基づいたオープン命令セット アーキテクチャ (ISA) です。RISC-V は、継続的な開発と開発に基づいたまったく新しい命令です。命令セットの成熟度。 RISC-V 命令セットは完全にオープンソースであり、シンプルな設計、Unix システムへの移植が容易、モジュラー設計、完全なツール チェーン、多数のオープンソース実装とテープアウト ケースを備えており、多くのチップで認識されています。企業。

RISC-V アーキテクチャは比較的遅く始まりましたが、急速に発展しています。特定のシナリオに適した命令セット アーキテクチャを選択できます。 RISC-V 命令セット アーキテクチャに基づいて、サーバー CPU、家電 CPU、産業用制御 CPU、指よりも小さいセンサーに使用される CPU を設計できます。

4. MIPS アーキテクチャ

MIPS アーキテクチャ (MIPS アーキテクチャ、Microprocessor without interlocked Piped Stages Architecture の略称、Millions of Handling Per Second の関連用語でもあります)、これは、縮小命令セット (RISC) を使用したプロセッサ アーキテクチャであり、1981 年に登場し、MIPS Technology Company によって開発およびライセンス供与され、多くの電子製品、ネットワーク機器、パーソナル エンターテイメント デバイス、および商用デバイスで広く使用されています。最も初期の MIPS アーキテクチャは 32 ビットでしたが、最新バージョンは 64 ビットになりました。

MIPS アーキテクチャは、固定長の規則的にエンコードされた命令セットに基づいており、ロード/ストア データ モデルを採用しています。このアーキテクチャは、高級言語の最適化された実行をサポートするために改良されました。その算術演算および論理演算は 3 つのオペランドの形式をとり、コンパイラが複雑な式を最適化できるようにします。

現在、このアーキテクチャに基づくチップは、多くの電子製品、ネットワーク機器、個人用娯楽機器、商用機器で広く使用されています。最も初期の MIPS アーキテクチャは 32 ビットでしたが、最新バージョンは 64 ビットになりました。

その基本的な機能は次のとおりです。

多数のレジスタ、命令番号、および文字が表示されるパイプライン遅延スロットが含まれています

• これらの機能により、MIPS はこのアーキテクチャは、今日の SoC 設計において平方ミリメートルあたり最高のパフォーマンスと最低のエネルギー消費を実現します。

注: PC やサーバーでは

x86 が主流で、モバイル デバイスでは ARM が主流で、将来的には RISC-V が主流になる可能性があります。

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