CPU相关专业名词介绍

2024-01-22 00:20
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CPU相关专业名词

1、CPU

  1. 中央处理器CPU(Central Processing Unit)是计算机的运算和控制核心,可以理解为PC及服务器的大脑
  2. CPU与内部存储器和输入/输出设备合称为电子计算机三大核心部件
  3. CPU的本质是一块超大规模的集成电路,主要功能是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据
    结构及工作原理
  4. CPU的内部结构可分为控制单元,运算单元和存储单元三大部分。
  5. CPU的工作原理:控制单元根据指令,将存储器中的数据发送至运算单元,经运算单元处理后的数据再存储在存储单元中,最后交由应用程序使用

2、指令集

  • 指令集是CPU性能体现的重要标志,CPU要有较好的性能,需要具备功能齐全、通用性强、内含丰富的指令集
  • 指令集一般被整合在操作系统内核最底层的硬件抽象层中。指令集属于计算机中硬件与软件的接口,它向操作系统定义了CPU的基本功能。指令集包括指令格式、寻址方式和数据形式

2.1、指令集分类

CPU指令集分为复杂和精简两类

  • 复杂指令集CISC由一条指令完成一个复杂的基本功能;单条指令集功能强,指令类型丰富完善,编译后指令数量较少,通用场景下性能具有优势。复杂指令集以x86架构为代表,主要用于桌面PC及服务器领域,配套软硬件丰富完善。

  • 精简指令集RISC:由一条指令完成一个基本动作,多条指令组合完成一个复杂的基本功能;译码效率高,偏向低功 耗领域优化。精简指令集以ARM架构为代表,主要用于手机、平板等移动终端,软硬件生态逐步建设完善。

3、架构

  1. 架构一般指的是某类CPU使用的某一具体指令集,大部分情况下,架构等同于指令集
  2. 当前主流芯片架构为ARM和X86,除此之外还有MIPS、POWER、RISC-V等架构。

3.1、架构对比

  1. X86架构起步较早,生态环境完善,占领了服务器、桌面和PC电脑市场绝大部分份额。
  2. ARM架构占领了绝大多数移动终端。因为在移动设备行业,X86架构下的复杂指令集会使得移动设备温度过高、耗电过快,难以放入移动设备体积较小的处理器中。
  3. MIPS架构由MIPS科技公司开发并授权,广泛被使用在许多电子产品、网络设备、个人装置与商业装置上。
  4. POWER架构:由IBM公司设计开发,具有高度通用、高 性能等特性,支持从嵌入式系统到超级计算机等平台,在汽车、医疗设备、军事、航空航天等领域都有一席之地。
  5. RISC-V架构:RISC系列指令集的第五代产品。

4、其他概念

其他概念如系统架构、芯片版图等参考B站视频,感谢大佬们的视频分享!

5、指令集到成品CPU

  1. 通过授权或自研获取某个指令集架构
  2. 根据指令集手册完成微架构设计,形成设计文档
  3. 通过工程开发形成RTL代码
  4. 用EDA软件进行编译和解析,生成芯片版图,交给中芯国际、台积电等工厂进行流片

6、信创国产化

  1. 如今CPU行业在全球形成了Wintel和AA两大信息化生态体系:
    • Wintel即“Windows+Intel”,由Windows操作系统与X86指令集组成,其实质是Microsoft与Intel的商业联盟。
    • AA即“Android+ARM”,由Android操作系统与ARM指令集组成。
  2. CPU行业具备寡头垄断性质,主流指令集和jia go架构均为美国主导,随着中美两国科技博弈加剧,面对美国不断升级的制裁手段,国内持续加速国产替代进程,目前国内主要有鲲鹏、飞腾、龙芯、兆芯、海光、申威,六大国产CPU厂商
  3. 六大厂商发展模式和技术路线也存在差异,后面会有文章进行专门介绍,敬请期待!

End

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