《鳥叔的Linux私房菜》——CPU兩種指令集

《鳥叔的Linux私房菜》——CPU兩種指令集

 CPU作爲一個具有特定功能的芯片,裏頭含有微指令集,我們所使用的軟件都要經過CPU內部的指令集來處理才行。這些指令集的設計主要又被分爲兩種設計理念,這就是目前計算機業界常見到的兩種主要CPU指令集種類: 分別是精簡指令集(RISC)與複雜指令集(CISC)系統。

1. 精簡指令集(Reduced Instruction Set Computing, RISC)

 這種CPU的設計中,微指令集較爲精簡,每個指令的運行時間都很短,完成的動作也很單純,指令的執行效能較佳; 但是若要做複雜的事情,就要由多個指令來完成。常見的RISC微指令集CPU主要例如Sun公司的SPARC系列、 IBM公司的Power Architecture(包括 PowerPC)系列、與ARM系列等。

 在應用方面,SPARC架構的計算機常用於學術領域的大型工作站中,包括銀行金融體系的主服務器也都有這類的計算機架構; 至於PowerPC架構的應用上,例如Sony公司出產的Play Station3(PS3)就是使用PowerPC架構的 Cell處理器; 那ARM呢?你常使用的各廠智能手機,PDA,導航系統、網絡設備(交換器、路由器等)等,幾乎都是使用ARM架構的CPU。老實說,目前世界上使用範圍最廣的CPU可能就是ARM架構的。

2. 複雜指令集(Complex Instruction Set Computer, CISC)

 與RISC不同的是,CISC在微指令集的每個小指令可以執行一些較低階的硬件操作,指令數目多而且複雜, 每條指令的長度並不相同。因爲指令執行較爲複雜所以每條指令花費的時間較長, 但每條個別指令可以處理的工作較爲豐富。常見的CISC微指令集CPU主要有AMD、Intel、VIA 等x86 架構的CPU。

 由於 AMD、Intel、VIA 所開發出來的x86 架構CPU被大量使用於個人計算機(Personal computer)用途上面, 因此,個人計算機常被稱爲 x86 架構的計算機。那爲何稱爲 x86 架構呢? 這是因爲最早的那顆 Intel 發佈出來的 CPU 代號稱爲 8086,後來依此架構又開發出 80286, 80386…, 因此這種架構的 CPU 就被稱爲 x86 架構了。

 在2003年以前由 Intel 所開發的 x86 架構 CPU 由 8 位升級到 16、 32 位,後來 AMD 依此架構修改新一代的 CPU 爲 64 位, 爲了區別兩者的差異,因此 64 位的個人計算機 CPU 又被統稱爲 x86_64架構。

emsp;那麼不同的 x86 架構的CPU 有什麼差異呢?除了 CPU 的整體結構(如第二層快取、每次運作可執行癿指令數等)之外, 主要是在於微指令集的不同。新的 x86的 CPU 大多含有很先進的微指令集, 這些微指令集可以加速多媒體程序的運作,也能夠加強虛擬化癿效能,而且某些微指令集更能夠增加能源效率, 讓CPU 耗電量降低。由於電費越來越高,購買計算機時,除了整體的效能之外, 節能省電的CPU也是需要重點考慮的。

Intel/AMD的 x86 架構中,關於多媒體、虛擬化、省電功能等方面重要的微指令集:

多媒體 MMX, SSE, SSE2, SSE3, SSE4, AMD-3DNow!
虛擬化 Intel-VT, AMD-SVM
省電功能 Intel-SpeedStep, AMD-PowerNow!
64/32 位兼容技術 AMD-AMD64, Intel-EM64T
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