主流X86-ARM-RISC-V-MIPS芯片架构分析_津逮 指令集

主流X86-ARM-RISC-V-MIPS芯片架构分析
参考文献链接
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主流的芯片架构 X86、ARM、RISC-V和MIPS
目前市场上主流的芯片架构有 X86、ARM、RISC-V和MIPS四种，每一种架构都有自己的优势和主要应用场景。
主流芯片架构
分别介绍
X86 英特尔和AMD在PC市场上主导多年
ARM 在移动和便捷设备上有明显优势MIPS 在网关、机顶盒市场上很受cq欢迎RISC-V 出现晚发展快，在智能穿戴产品应用广泛

芯片架构
使用的电脑以及公司的服务器，大部分采用了x86架构的处理器，以intel和AMD的处理器为主。
x86架构的处理器采用了CISC指令集（复杂指令集计算机），x86架构的CPU分为x86和x86-64两类，目前主流的是x86-64，即64位的处理器。
X86是微处理器执行的计算机语言指令集，指一个Intel通用计算机系列的标准编号缩写，也标识一套通用的计算机指令集合。1978年6月8日，Intel 发布了新款16位微处理器 8086，也同时开创了一个新时代：X86架构诞生了。
X86指令集是美国Intel公司为其第一块16位CPU（i8086）专门开发的，美国IBM公司1981年推出的世界第一台PC机中的CPU–i8088（i8086简化版）使用的也是X86指令。
随着CPU技术的不断发展，Intel陆续研制出更新型的i80386、i80486直到今天的 Pentium 4系列，但为了保证电脑能继续运行以往开发的各类应用程序以保护和继承丰富的软件资源，所以Intel公司所生产的所有CPU仍然继续使用X86指令集。

手机几乎全部使用了ARM架构，采用了RISC指令集（精简指令集），ARM的优势在于低功耗，因此非常适合手机等终端使用，x86架构的处理器无法解决低功耗的问题，所以移动终端很少使用x86架构的处理器。
华为麒麟处理器、苹果的A系列处理器、高通骁龙处理器无一例外的采用了ARM架构，此外大部分的工控系统、智能家居的控制系统、家庭的机顶盒等也采用了ARM架构。随着美国“禁售令”的影响，ARM中断了与华为的业务往来，ARM这家公司走进了人们的视野，ARM公司成立于1991年，是一家英国的公司，后来被日本软银收购。ARM公司只出售IP（技术知识产权），不设计和制造自己的芯片，位于ARM架构的最顶端。如果ARM不再给华为授权，那么华为的麒麟处理器、凌霄处理器等均会受到一定的影响，无法使用最新的架构。
ARM架构是一个32位精简指令集处理器架构，其广泛地使用在许多嵌入式系统设计。由于节能的特点，ARM处理器非常适用于移动通讯领域，符合其主要设计目标为低耗电的特性。
如今，ARM家族占了所有32位嵌入式处理器75%的比例，成为占全世界最多数的32位架构之一。ARM处理器可以在很多消费性电子产品上看到，从可携式装置到电脑外设甚至在导弹的弹载计算机等军用设施中都有存在。
ARM和X86架构最显著的差别是使用的指令集不同。

MIPS架构同样是一种RISC（精简指令集）的处理器架构，1981年由MIPS科技公司开发并授权，广泛用于电子产品、网络设备、个人娱乐设备等。比如家庭使用的无线路由器如果是MTK芯片，那么大部分是MIPS架构的处理器。
这里说一下自主的“龙芯”处理器，中科院计算所购买了MIPS的永久性结构授权，兼容MIPS架构的处理器，也就是可以贴上“兼容MIPS指令集”的商标，所有核心的架构都是自己研发的。
MIPS架构是基于一种固定长度的定期编码指令集，并采用 导入/存储（Load/Store）数据模型。经改进，这种架构可支持高级语言的优化执行。其算术和逻辑运算采用三个操作数的形式，允许编译器优化复杂的表达式。
如今基于该架构的芯片广泛被使用在许多电子产品、网络设备、个人娱乐装置与商业装置上。最早的MIPS架构是32位，最新的版本已经变成64位。

RISC-V 架构是基于 精简指令集计算（RISC）原理建立的开放 指令集架构（ISA），RISC-V是在指令集不断发展和成熟的基础上建立的全新指令。RISC-V 指令集完全开源，可以自由地用于任何目的，允许任何容人设计、制造和销售RISC-V芯片和软件，并不需要ARM、MIPS那样需要经过授权，受到各种使用的限制。设计简单，易于移植Unix系统，模块化设计，完整工具链，同时有大量的开源实现和流片案例，得到很多芯片公司的认可。
RISC-V 架构的起步相对较晚，但发展很快。可以根据具体场景选择适合指令集的指令集架构。基于RISC-V 指令集架构可以设计服务器CPU，家用电器CPU，工控CPU和用在比指头小的传感器中的CPU。

指令集是什么

.简单了解一下
指令集架构（ISA, Instrucion Set Architecture）定义了基本数据类型（BYTE/HALFWORD/WORD/…）、寄存器（Register）、指令、寻址模式、异常或者中断的处理方式等。一台计算机的指令系统反映了该计算机的全部功能，机器类型不同，其指令系统也不同，因而功能也不同。
处理器分为精简指令集计算机(RISC)（Reduced Instruction Set Computer）和复杂指令集计算机(CISC)（Complex Instruction Set Computer）。
不同的处理器（CPU）会用相应的汇编语言编写底层操作程序，而在写这个汇编语言的时候需要依照指令集架构这个规则，从而处理器进行操作。
CPU依靠指令来计算和控制计算机系统，每款CPU在设计时就规定了一系列与其硬件电路相配合的指令系统。
芯片架构的四大阵营
芯片架构的四大阵营
芯片（指令集）架构是CPU用来控制和计算指令的一种规范，指令集先进与否直接关系到CPU的性能发挥。
目前市场上四大主流指令集为X86、MIPS、ARM、RISC-V，中国长城、全志科技、兆易创新等公司有相关布局。
目前国内厂商中，华为鲲鹏、天津飞腾是ARM架构，天津海光、上海兆芯、澜起津逮是X86架构，申威是alpha架构，龙芯中科先采用MIPS架构，其后发布国内第一套完全自研的指令集LoongArch，全志科技的芯片、兆易创新的MCU产品采用RISC-V架构。

1、X86架构
X86架构在1978年由英特尔最早发布，并成为了业界标准，目前主要应用在PC、服务器、超级计算机等，代表厂商有英特尔和AMD。
国产CPU中，天津海光、上海兆芯、澜起津逮（澜起科技）采用X86架构，此外浪潮信息、紫光股份是X86服务器领军厂商。
2、MIPS架构
MIPS架构主要应用在网关、机顶盒等。国内龙芯中科早期购买了MIPS架构，然后在此基础之上研发了自己的指令集LoongISA，因此严格来说并不算100%自研，但是对中国集成电路产业而言是一个历史性突破，届时将成为首款全自主指令集的国产CPU。
3、ARM架构
ARM架构由英国ARM公司开发，目前全球95%的智能手机、平板电脑芯片都采用ARM架构。
经过各大芯片厂商持续应用开发，现已广泛应用于无线通讯设备、网络设备、消费电子、服务器等领域。
苹果公司在2020年11月发布了首款基于ARM架构的M1芯片并应用于MacBook上。<