CPU架构基础知识点

在下载安装Linux或Linux软件时，有时需要选择不同的架构的版本，由于对CPU架构缺乏一定的了解，可能会导致一些混乱，今天就抽空整理下。

什么是CPU架构？

CPU架构，也称为微处理器架构， CPU架构（Central Processing Unit Architecture）指的是计算机处理器的设计和组织方式，包括指令集、寄存器、内存访问方式以及各种执行单元等。它定义了处理器如何执行指令、处理数据以及与其他系统组件进行交互。

CPU架构可以大致分为两类：

• CISC（Complex Instruction Set Computing，复杂指令集计算）： 这种架构的特点是具有大量的指令，每个指令可以执行复杂的操作。这大大减少了编程的复杂性，因为程序员可以使用较少的代码行来执行一个操作。然而，这也可能导致处理器效率降低，因为每个指令都需要更多的时间来执行。Intel的x86架构就是一个CISC架构的例子。
• RISC（Reduced Instruction Set Computing，精简指令集计算）： 这种架构的特点是具有较少的指令，每个指令只执行一个简单的操作。这可以提高处理器的效率，因为每个指令都可以在一次时钟周期内完成。然而，这也可能增加编程的复杂性，因为需要更多的代码行来执行一个操作。ARM架构就是一个RISC架构的例子。

CPU架构决定了处理器的功能、性能和兼容性。不同的CPU架构在指令集和内部实现上可能存在差异，因此软件和操作系统需要根据特定的CPU架构来编译和优化。

按照CISC（复杂指令集计算）和RISC（精简指令集计算）的划分方法，下面是一些常见的CPU架构：

CISC架构：

• x86： 由Intel首创，并被AMD等公司采纳。这种架构广泛应用于个人计算机和服务器。
• Motorola 68000： 由Motorola公司设计，用于早期的Apple Macintosh计算机，以及一些游戏机和嵌入式系统。

RISC架构：

• ARM： 由ARM公司设计，广泛应用于移动设备，如智能手机和平板电脑等。
• PowerPC： 由IBM、Apple和Motorola联合设计，曾经用于Apple的Macintosh计算机。
• MIPS： 由MIPS Technologies公司设计，应用于一些嵌入式系统和网络设备。
• SPARC： 由Sun Microsystems（现为Oracle公司）设计，主要应用于高性能服务器和工作站。
• RISC-V： 是一个开源的RISC架构，旨在提供一种免费和开放的CPU架构标准，以支持各种硬件开发。

以上架构的选择，通常取决于特定的应用需求，包括但不限于功耗、性能、成本等因素。

CPU架构常见问题

i386、i686、x86-64有什么区别？

“i386″、”i686″和”x86-64″都是用于描述x86架构的CPU系列的术语，他们的区别主要在于处理器的bit数和一些指令集的差异。

• i386： 这是Intel 80386微处理器的别名，这个处理器在1985年发布，是首款32位x86架构的微处理器。因此，”i386″通常用来表示32位的x86架构，这个术语也常用于软件编译，表示软件是为32位系统编译的。
• i686： 这是Intel的P6微处理器系列的别名，该系列包括Pentium Pro、Pentium II、Pentium III等处理器。这些处理器在1990年代中期到2000年代初推出，它们采用了一些新的指令集和优化，使得它们比i386系列的处理器更快，更高效。因此，”i686″通常用来表示这些处理器，或者是为这些处理器编译的软件。
• x86-64： 这是64位的x86架构，也被称为”x64″、”AMD64″或”Intel 64″。它在2000年代初由AMD首次推出，后来也被Intel采用。”x86-64″的处理器不仅支持64位计算，还兼容32位的x86指令集，因此它们可以运行为i386或i686编译的软件。

在选择Linux发行版时，”i386″、”i686″和”x86-64″主要是用来表示该发行版支持的CPU架构和位数。选择哪个版本，主要取决于你的CPU支持哪种架构和位数。

• i386： 如果你的CPU是较旧的32位x86架构，如Intel 80386或其后继产品（到Pentium 4、Athlon XP为止），你应该选择标记为”i386″的Linux发行版。
• i686： 如果你的CPU是稍微新一些的32位x86架构，如Pentium Pro、Pentium II或更后期的处理器（到Intel Core 2 Duo、AMD Athlon 64 X2为止），你应该选择标记为”i686″的Linux发行版。”i686″版本的Linux发行版通常会对软件进行更多的优化，以提高运行效率。
• x86-64： 如果你的CPU是64位x86架构，如AMD Athlon 64和后续产品，或者Intel Pentium D和后续产品，你应该选择标记为”x86-64″的Linux发行版。”x86-64″版本的Linux发行版可以充分利用64位CPU的能力，如处理更大的内存（超过4GB）。

一般来说，对于现代的计算机，最好选择”x86-64″的版本，除非你有特殊的原因需要使用32位版本。如果你的计算机RAM小于4GB，并且CPU较旧，那么选择32位版本可能是更好的选择。

x86、x64、x86_64、AMD64的区别和联系

“x86″、”x64″、”x86_64″和”AMD64″这些术语都是用来描述CPU架构的，他们之间的关系和区别如下：

• x86： 这是一个由Intel首创的CPU架构，最初应用在1978年的8086微处理器上，因此得名。x86架构的早期处理器（如Intel 8086和80286）只支持16位计算，后来的版本（如Intel 80386和80486）支持32位计算。所以当我们提到”x86″，一般指的是32位的Intel或AMD的CPU架构。
• x64： 这是一种64位的CPU架构，它扩展了x86架构，允许处理器使用更多的内存（超过4GB）。这个术语经常被用来泛指所有64位的x86架构，无论是Intel还是AMD。
• x86_64： 这其实和”x64″是同样的东西，只是另一个称呼而已。也就是说，它指的是64位的x86架构。
• AMD64： 这是AMD开发的64位x86架构。在2000年，AMD发布了第一款支持64位计算的x86处理器，定义了这个架构，所以又被称为”AMD64″。后来，Intel也采纳了这个架构。

所以，简单来说，”x86″通常指32位的x86架构，而”x64″、”x86_64″和”AMD64″都指的是64位的x86架构。

ARM的不同版本

ARM架构有很多版本，每一个版本都添加了一些新的特性和指令集。以下列出了一些主要的ARM架构版本：

• ARMv1： 1985年发布，这是ARM的第一个版本。
• ARMv2： 1986年发布，添加了新的指令和条件执行特性。
• ARMv3： 1991年发布，首次支持32位地址空间。
• ARMv4： 1994年发布，添加了新的DSP（数字信号处理）指令。
• ARMv5： 1999年发布，增加了新的DSP和SIMD（单指令多数据）指令。
• ARMv6： 2002年发布，引入了硬件分支预测和媒体处理指令。
• ARMv7： 2005年发布，标志着ARM架构的主要转变，引入了Thumb-2指令集。这个版本的架构是现代大多数ARM处理器的基础，包括用在许多智能手机和平板电脑的Cortex-A系列处理器。
• ARMv8： 2011年发布，这是ARM的第一个64位架构，也增加了新的加密指令。
• 1： 2014年发布，增加了虚拟化和安全性特性。
• 2： 2016年发布，增加了针对机器学习和向量计算的指令。
• 3： 2017年发布，增加了针对JavaScript和安全性的指令。
• 4： 2018年发布，进一步增加了新的安全性和虚拟化特性。
• 5： 2019年发布，增加了新的故障预测和修复特性。
• ARMv9： 2021年发布，这是最新的ARM架构，提供更多的安全特性，如Confidential Compute Architecture，以及针对AI和ML的新指令。

这只是对ARM处理器架构的一个简要概述，每一个版本都有很多详细的改进和特性。每一个版本都对提升性能、功耗和功能性提供了重要的贡献。

确定Android手机的ARM版本稍微复杂一些，但可以通过下载一些特定的应用程序来查看。一款名为”Droid Hardware Info”的应用就可以帮助你查看你的设备的详细硬件信息，包括ARM版本。

主流的手机CPU，如Apple的A15 Bionic、华为的麒麟9000、三星的Exynos 2100、高通的Snapdragon 8cx Gen 3等，都采用的是ARMv8架构或者其改良版如ARMv8.2，ARMv8.3等。这些都是64位架构，支持现代的指令集和优化，如NEON（用于加速多媒体和信号处理）和AES（用于加密和解密）。不过具体来说，大多数制造商在设计他们的处理器时，通常会采用自己的一些专有技术和优化，所以并不是所有的ARMv8或ARMv9处理器都会有完全一样的性能和功能。

ARMv9是ARM公司在2021年发布的最新架构，旨在提供更高的性能，更好的机器学习和人工智能能力，以及更强的安全性。目前，还没有太多的CPU公布使用ARMv9架构，但有以下一些已知的处理器：

• ARM Cortex-X2: 这是ARM自家的一款高性能处理器，专为高端手机和移动设备设计。
• ARM Cortex-A710 和 ARM Cortex-A510: 这两款处理器同样来自ARM，是面向中高端设备的新款处理器。
• Qualcomm Snapdragon: 高通已经公布，他们将在未来的Snapdragon系列处理器中采用ARMv9架构。
• Samsung Exynos: 三星也已经宣布他们未来的Exynos系列处理器将使用ARMv9架构。

这些都是已经公开宣布将采用ARMv9架构的处理器，但具体型号和发布日期还有待制造商公布。另外，由于ARM架构被广泛地应用在各种设备中，从手机和平板电脑到嵌入式系统和服务器，所以可以预见会有更多的ARMv9处理器在未来几年中出现。

“AArch64″和”ARM64″是什么关系

“AArch64″和”ARM64″都是指ARM架构的64位版本。

• AArch64: 这是ARM的官方术语，用于指代其64位架构。”AArch”是”ARM Architecture”的缩写，”64″指的是64位。AArch64的引入标志着ARM从32位系统（AArch32）向64位系统的转变。
• ARM64: 这通常被用作AArch64的同义词，尤其是在某些操作系统和平台上。例如，在安卓系统和Linux系统中，你可能会看到”ARM64″这个术语用于描述应用程序的64位ARM版本。

请注意，尽管”AArch64″和”ARM64″在许多情况下可以互换使用，但在一些特定的环境和上下文中，它们可能会有不同的含义。例如，在某些操作系统中，”ARM64″可能指的是特定的64位ARM实现或变体。因此，重要的是理解你正在处理的特定上下文和环境。

关于RISC-V的一些信息

RISC-V是一个开源的硬件指令集架构（ISA），其设计原则是精简、模块化和可扩展，被广泛应用于研究，教育和商业产品中。RISC-V的开源特性意味着任何公司、组织或个人都可以基于其设计和制造自己的处理器，无需支付任何许可费用。

近年来，RISC-V架构得到了广泛的关注和发展，一些公司已经开始开发基于RISC-V的CPU：

• SiFive: 该公司是一个RISC-V的重要推动者，他们已经设计了多款RISC-V处理器，包括SiFive U74、U84等。
• Western Digital: 这家知名的存储解决方案提供商也已经开始使用RISC-V。他们已经公开表示，他们的未来产品将使用基于RISC-V的处理器。
• Alibaba: 阿里巴巴的子公司平头哥（Alibaba T-Head）已经发布了一款名为XuanTie 910的RISC-V处理器，这是一款定位于云计算、人工智能和自动化的高性能处理器。
• Nvidia: Nvidia的Denver和Carmel核心虽然并非基于RISC-V，但在一些内部的控制器设计中已经采用了RISC-V。

除了这些，还有一些公司和组织在研究、教育和特定用途的硬件中使用RISC-V，比如低功耗物联网设备、嵌入式系统等。RISC-V由于其开源特性，预计将在未来几年内得到更广泛的应用。

华为是全球领先的信息和通信技术（ICT）解决方案提供商，对于RISC-V架构非常熟悉。华为是RISC-V基金会的一员，这意味着他们参与到了RISC-V架构的开发和推广工作中。

近年来，华为在面临美国政府对其业务的限制时，RISC-V的开放源代码架构可能为华为提供了一种可能的解决方案。然而，至今，华为并未公开宣布他们已经在产品中使用或计划使用RISC-V架构。

华为的HiSilicon部门开发了一系列的Kirin芯片，这些芯片大多基于ARM架构。然而，考虑到RISC-V架构的开放源代码特性，华为可能会考虑在未来的某个时点使用RISC-V，尤其是在其无法使用ARM技术的情况下。

总的来说，华为已经对RISC-V表示出浓厚的兴趣，并在进行相关的研究，但就目前来看，华为的主要产品仍然在使用ARM架构。