CISC&RISC? CPU架构有哪些? x86 & ARM？

编者按：鉴于笔者水平有限，文中难免有不当之处，还请各位读者海涵。

我猜，常年混迹CSDN的同学应该不会没听说过CPU吧？

但你真的了解CPU吗？那笔者问你CPU有哪些架构呢？

如果你对你的答案不是很确定，那刚好，不妨跟随笔者来大致了解一下吧~

下面开始正文。

照例，先抛出几个问题，带着问题来阅读本文，效果会更好。

话不多说，让咱们来一一解密。

先说说CPU厂商，在PC和服务器领域，Intel和AMD是耳熟能详的，在移动消费领域有基于ARM架构进行设计的TI、ST、NXP等等，它们都是头部的CPU厂商。当然，还有国产的CPU厂商，后面会介绍到。

再来说说CPU架构，那什么是CPU架构?

CPU架构是CPU厂商给属于同一系列的CPU产品设定的一个规范，其目的是为了区分不同类型的CPU。

我们知道，CPU是为了执行计算机指令而诞生的，根据计算机指令集的不同呢，市面上的CPU可以分为两大阵营：CISC和RISC。

CISC: Complex Instruction Set Computer, 复杂指令集计算机

CISC指令集的设计理念是：尽可能减小指令的数量，让每一条指令实现更复杂的功能，从而降低CPU向内存取指令的频率，进而减小程序的执行时间，提升计算性能。为了让某一条指令能实现更复杂的功能，CISC的指令设计采用变指令长度。而这必然对CPU硬件电路设计提出了非常高的要求，往往需要非常复杂的控制、解码、执行电路。

基于任何事情都可以用二八定律来描述，计算机指令集也不例外。据实际统计，CISC中只有20%的指令才会被经常使用，而剩下的80%则较少使用。也就是说，为了实现那极少使用的80%的指令，代价是复杂的硬件控制电路和编译器设计，这值得吗？

基于此，一种新的CPU设计理念——RISC便诞生了。

RISC: Reduced Instruction Set Computer, 精简指令集计算机

RISC指令集的设计理念是：只保留必要的指令，采用固定长度指令设计，将复杂的功能实现上交给软件去实现。其好处便是指令集、硬件电路、编译器设计简单了。缺点是实现同样的功能，需要更多的指令，代码密度更低。

CISC和RISC孰优孰劣的争论持续了许多年，它们两个虽然谁都不服谁，各自占据着自己的领域。比如，以CISC x86架构为主的Intel/AMD统治着PC和服务器领域，而以RISC架构为主的ARM则统治着移动消费领域。尽管它们互相看不顺眼，但是随着科技的发展，CISC和RISC也在相互借鉴对方的优势，它们之间的界限也越来越模糊。

好，关于CISC和RISC，咱们就先讲到这里，感兴趣的同学，也可以去了解了解它们的爱恨历史，也颇为有趣 (参考文章后面的英文参考链接)。

前面我们知道了CPU的指令集可以分为：CISC和RISC。这是指令集层面上的划分。CPU除了指令集，还包括各种组件，如ALU，EU、寄存器、Cache等等。它们的组织方式也会影响CPU的架构，即同一个指令集下面，CPU厂商又可以生产不同架构的CPU。具体来讲，目前市面上基于CISC指令集的CPU主要是x86架构，比如 Intel的x86，x86-64和AMD的amd64。而RISC下面则有ARM，MIPS，PowerPC，RISC-V等多种CPU架构。

下图简单列举了国内外的一些CPU架构。

接下来，笔者参考网上资料，简单总结了一下各主流CPU架构的一些特点。先声明，这些特点只是大概的，了解即可，可能不足，也可能不正确，也可能过时了。当然，如果读者乐意，也欢迎留言指出。

好，那么咱们开始。

x86 架构采用CISC指令集，由Intel公司于 1978 年推出，也就是8086/8088系列，故后面将该系列称为x86系列。它最初设计用于个人电脑，但后来也被用于服务器、工作站和其它设备。x86 架构的特点包括：

关于x86的劣势，一位知友的文章中有提到，我觉得蛮有趣：

成也萧何，败也萧何。x86主打兼容性，导致兼容性的包袱越来越重，走得举步维艰。

站在哲学的立场来说，优点也是一种缺点，而破局的关键则在于改变。面对x86沉重的兼容性包袱和ARM的步步紧逼，AMD和Intel都在寻找新出路，未来如何，我们且看。

ARM (Advanced RISC Machine) 架构是一种精简指令集计算机（RISC）架构，由英国 ARM 公司于 1985 年推出。它最初设计用于嵌入式系统，但后来也被用于智能手机、平板电脑和其他设备。ARM 架构的特点包括：

ARM 架构的缺点包括：

目前，由于ARM芯片价格低廉，功耗低，性能好，在移动消费等嵌入式领域拥有超过75%以上的市场份额，拥有绝对的话语权，采用ARM内核进行CPU设计的公司也有很多，比如ST (STM32系列)、TI（MSP430系列，DSP系列）、NXP等等。

MIPS是世界上很流行的一种RISC处理器。MIPS的意思是“无内部互锁流水级的微处理器”（microprocessor without interlocked piped stages），其机制是尽量利用软件办法避免流水线中的数据相关问题。它最早是在80年代初期由斯坦福大学 Hennessy 教授领导的研究小组研制。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。

它的基本特点是：

采用MIPS架构的公司及CPU芯片：

关于龙芯，网上有资料说是自主研发的 LoongArch 架构。，也有说基于MIPS，笔者也没搞清楚，暂且按下不表。欢迎读者留言指出，谢谢~

RISC-V 架构是一种精简指令集计算机（RISC）架构，由加州大学伯克利分校于 2010 年推出。它最初设计用于嵌入式系统，但后来也被用于服务器、工作站和其他设备。RISC-V 架构的特点包括：

采用RISC-V架构的公司及CPU芯片：

RISC-V由于其开源特性，很多公司都采用它进行开发，但大多都是一些小设备小应用，比如物联网之类的。有知友把它比作“永远的小童星”，虽然很火，但终究长不大，好像有一定道理。

PowerPC 架构是一种精简指令集计算机（RISC）架构，由苹果公司、IBM 公司和摩托罗拉公司于 1991 年联合推出。它最初设计用于工作站，但后来也被用于服务器、嵌入式系统和其他设备。PowerPC 架构的特点包括：

PowerPC 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IBMPowerPC 601 微处理器POWER（Performance Optimized With Enhanced RISC）架构。二十世纪九十年代，IBM、苹果和摩托罗拉合作开发 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，有着广泛的应用范围，包括从诸如 Power4 那样的高端服务器 CPU 到嵌入式 CPU 市场（任天堂 Gamecube 使用了 PowerPC）。PowerPC 处理器有非常强的嵌入式表现，因为它具有优异的性能、较低的能量损耗以及较低的散热量。除了像串行和以太网控制器那样的集成 I/O，该嵌入式处理器与“台式机”CPU 存在非常显著的区别。

PowerPC, emmm，好像在路由器，网关上面用得比较多。

关于国产CPU，笔者了解的不多，大概有六种品牌，貌似龙芯最强，贴一张图，让读者有个大概的印象。

具体细节可以参考这篇文章：国产CPU之4种架构和6大品牌 - 知乎 (zhihu.com)

终于看完了，真是收获满满啊，不过你不会真的以为，本文的内容就到此结束了吧？

我只能说，Too young too simple.

不信你再看看这篇文章，一个外国老哥写的：都2021年了，还把x86和ARM归为CISC和RISC？ - 知乎 (zhihu.com)

附上英文原文相关链接：

反正笔者看完后，就一个反应：合着我写的都完全过时了，白写了是吧！

但是细细想来，也不全是，毕竟自己还是对RISC、CISC以及各种CPU芯片的历史、架构和应用有了一个大致、朦胧的了解，不至于一无所知，完全抓瞎。如果读者也和我一样，那么本文的目的便达到了。

笔者后续也会尽量对本文内容进行更新。

最后，如果读者觉得本文对你有所帮助，还请帮忙点个赞，你的鼓励是笔者不懈创作的动力，谢谢~

如果没有，那笔者也只能摊摊双手，表示浪费你宝贵的时间咯，然后溜之大吉~

【全文完】