处理器、处理器架构与指令集关系

作者 Marlous 日期 2019-03-01
处理器、处理器架构与指令集关系

参考:
1、 关于CPU、指令集、架构、芯片的一些科普
2、 处理器架构、指令集和汇编语言,三者有何关系?

一 基本原理

  • 高级语言(C、Java 等)-> 汇编语言(不同指令集对应的汇编语言不同) -> 机器语言(二进制代码)

二 几个概念

1 指令集

  1. 基本概念:
  • 指令集是抽象概念、逻辑、设计规范,CPU 的软平台,一般公开。
  • CPU 执行计算任务时都需要遵从一定的规范,程序在被执行前都需要先翻译为 CPU 可以理解的语言。这种规范或语言就是指令集(ISA,Instruction Set Architecture)。
  1. 补充概念:
  • CPU 架构是 CPU 厂商给属于同一系列的 CPU 产品定的一个规范,主要目的是为了区分不同类型 CPU 的重要标示。
  • 目前市面上的 CPU 分类主要分有两大阵营,一个是 Intel、AMD 为首的复杂指令集 CPU,另一个是以 IBM、ARM 为首的精简指令集 CPU。
  • 两个不同品牌的 CPU,其产品的架构也不相同,例如,Intel、AMD 的 CPU 是 X86 架构的,而 IBM 公司的 CPU 是 PowerPC 架构,ARM 公司是 ARM 架构。x86、ARM v8、MIPS 都是指令集的代号。

2 处理器架构(微架构)

  1. 基本概念:
  • 处理器架构(微架构)是具体实现、物理、设计方案的实现,CPU 的硬平台,一般保密。
  • CPU 的基本组成单元即为核心(core)。多个核心可以同时执行多件计算任务,前提是这些任务没有先后顺序。核心的实现方式被称为微架构(microarchitecture)。
  1. 补充概念:
  • 如 Haswell、Cortex-A15 等都是微架构的称号。

3 指令集、处理器架构的关系

  1. 基本概念(“架构” 的两层含义):
  • 软平台(CPU 的逻辑接口):x86、ARM v8、MIPS … / 硬平台(直接体现在 CPU 的指标变化):Ivy Bridge、Haswell、Cortex …
  • 指令集是逻辑上的,处理器架构是物理上(实现)的;指令集可以用不同的架构实现,并不一定是决定关系。

4 指令集、汇编语言的关系

  • 汇编语言是指令集的另一种表现形式(更易阅读)。
  • 软平台(CPU 的逻辑接口),X86 架构、PowerPC 架构、ARM 架构等,其 X86、PowerPC、ARM 等也是指令集代号。

三 不同厂商的处理器

补充一点关于处理器现状的图谱。

  1. 概况:
    概况

  2. Intel、AMD、ARM 的命名:

  • Intel:第 N 代 + iN + 型号。如 Intel Core i7 3770K。
  • AMD:X 龙 + 第 N 代 + 型号。如 AMD Ryzen 5 2600X。
  • ARM:X 家族 + N 系列号。如 ARM Cortex-A7。
  1. Intel、AMD 的 CPU 型号含义:
  • Intel:
    品牌:…、奔腾、赛扬、酷睿。/ 系列:i3、i5、i7。/ 数字第一位:第几代。/ 数字第二位:处理器等级,数字越大性能等级越高。/ 数字第三位:对应核芯显卡的型号。/ 数字第四位:“0” 在标准电压中代表 47 W,而在低电压中代表 15 W,“2” 则是代表 37 W,“8” 在低电压处理器中代表 28 W。/ 最后一位字母:M 代表标准电压;U 代表低电压节能,但性能较弱;H 是高电压的;X 代表高性能;Q 代表至高性能级别;Y 代表超低电压的;K 代表不锁倍频,就是可以超频的。
    / Intel Core i7 3770K 表示:Intel 酷睿,i7 系列,第 3 代,7 等级,不锁倍频。

  • AMD:
    第一位,代表第几代 CPU。/ 后面的三位数字就是 AMD CPU 的 SKU,数字越大,频率越高。/ 最后一位字母:无后缀,不支持 XFR 技术;X,支持 XFR 技术,自适应动态扩频,除了睿频以外,还能够让 CPU 工作在高于睿频频率的工作状态;G,非常特殊的型号,由于没有像英特尔那样的核显,只有带 G 的系列才会带有高性能 Vega 集显,和 APU 类似;U,面向轻薄款笔记本,超低功耗,TDP 仅 15W,还集成了 Vega 核显。
    / AMD Ryzen 5 2600X 表示:AMD 第 5 代锐龙,第 2 代,600,支持 XFR 技术。

四 小结

小结