浅谈CPU架构，CISC和RISC ， x86和ARM

我猜，常年混迹知乎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？

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。