四种 CPU架构 介绍

alpha

Alpha——一种CPU架构

DEC Alpha， 也称为Alpha AXP，是64位的 RISC 微处理器，最初由DEC公司制造，并被用于DEC自己的工作站和服务器中。

作为VAX的后续被开发，支援VMS操作系统，如 Digital UNIX。不久之后开放源代码的操作系统也可以在其上运行，如Linux 和

BSD 。Microsoft 支持这款处理器，直到Windows NT 4.0 SP6 ，但是从Windows 2000 beta3 开始放弃了对

Alpha的支援。

Alpha——软件测试版

软件内部测试的标志

广义上对测试有三个传统的称呼，alpha、beta、gamma，用来标识测试的阶段和范围。alpha 是指内测，即现在说的 CB，指开发

团队内部测试的版本或者有限用户体验测试版本。beta 是指公测，即针对所有用户公开的测试版本。然后做过一些修改，成为正式发布的候

选版本时（现在叫做 RC - Release Candidate），叫做 gamma。

与beta类似，不过beta应该是大规模的公测

　Alpha ： Alpha 测试。就是指在游戏制作者控制的环境下进行的游戏测试工作，所以一般来说 a 测试是在公司内部进行的。

PowerPC

二十世纪九十年代，IBM(国际商用机器公司)、Apple（苹果公司）和Motorola（摩托罗拉）公司开发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。

PowerPC 体系结构规范（PowerPC Architecture Specification）发布于 1993 年，它是一个 64 位

规范 ( 也包含 32 位子集 )。几乎所有常规可用的 PowerPC（除了新型号 IBM RS/6000 和所有 IBM pSeries 高

端服务器）都是 32 位的。

PowerPC 处理器有广泛的实现范围，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。除了象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。例如，4xx 系列

PowerPC 处理器缺乏浮点运算，并且还使用一个受软件控制的 TLB 进行内存管理，而不是象台式机芯片中那样采用反转页表。

PowerPC 处理器有 32 个（32 位或 64 位）GPR（通用寄存器）以及诸如 PC（程序计数器，也称为 IAR／指令地址寄存

器或 NIP／下一指令指针）、LR（链接寄存器）、CR（条件寄存器）等各种其它寄存器。有些 PowerPC CPU 还有 32 个 64 位

FPR（浮点寄存器）。

PowerPC 体系结构是 RISC（精简指令集计算）体系结构的一个示例。因此：

所有 PowerPC（包括 64 位实现）都使用定长的 32 位指令。

PowerPC 处理模型要从内存检索数据、在寄存器中对它进行操作，然后将它存储回内存。几乎没有指令（除了装入和存储）是直接操

作内存的。

x86

x86 是一个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,X与处理器没有任何关系，它是一个对所有*86系统的简单的通配符定 义，例如：i386, 586,奔腾(pentium)。由于早期intel的CPU编号都是如8086,80286来编号,由于这整个系列的CPU都是指令兼容的,所以都用 X86来标识所使用的指令集合如今的奔腾,P2,P4,赛扬系列都是支持X86指令系统的,所以都属于X86家族

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，同时电脑中为提高浮点数据处理能力而增加的X87芯片系列数学协处理器则另外使用X87指令，以后 就将X86指令集和X87指令集统称为X86指令集。虽然随着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(以下简为P4)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，所以它的CPU仍属于X86系列。

另外除Intel公司之外，AMD和Cyrix等厂家也相继生产出能使用 X86指令集的CPU，由于这些CPU能运行所有的为Intel CPU所开发的各种软件，所以电脑业内人士就将这些CPU列为Intel的CPU兼容产品。由于Intel X86系列及其兼容CPU都使用X86指令集，所以就形成了今天庞大的X86系列及兼容CPU阵容。当然在目前的台式(便携式)电脑中并不都是使用X86 系列CPU，部分服务器和苹果(Macintosh)机中还使用美国DIGITAL(数字)公司的Alpha 61164和PowerPC 604e系列CPU。

MIPS

Million Instructions Per Second的缩写，每秒处理的百万级的机器语言指令数。这是衡量CPU速度的一个指标。像是一个Intel 80386 电脑可以每秒处理3百万到5百万机器语言指令，既我们可以说80386是3到5MIPS的CPU。MIPS只是衡量CPU性能的指标。

MIPS技术公司是一家设计制造高性能、高档次及嵌入式32位和64位处理器的厂商，在RISC处理器方面占有重要地位。1984年，MIPS计算机公司成立。1992年，SGI收购了MIPS计算机公司。1998年，MIPS脱离SGI，成为MIPS技术公司。

MIPS 公司设计RISC处理器始于二十世纪八十年代初，1986年推出R2000处理器，1988年推R3000处理器，1991年推出第一款64位商用微处器 R4000。之后又陆续推出R8000（于1994年）、R10000（于1996年）和R12000（于1997年）等型号。

随 后，MIPS公司的战略发生变化，把重点放在嵌入式系统。1999年，MIPS公司发布MIPS32和MIPS64架构标准，为未来MIPS处理器的开发 奠定了基础。新的架构集成了所有原来NIPS指令集，并且增加了许多更强大的功能。MIPS公司陆续开发了高性能、低功耗的32位处理器内核 （core）MIPS324Kc与高性能64位处理器内核MIPS64 5Kc。2000年，MIPS公司发布了针对MIPS32 4Kc的版本以及64位MIPS 64 20Kc处理器内核。

risc

传统的CISC（Complex Instruction Set Computer，复杂指令集计算机）结构有其固有的缺点，即

随着计算机技术的发展而不断引入新的复杂的指令集，为支持这些新增的指令，计算机的体系结构

会越来越复杂，然而，在CISC 指令集的各种指令中，其使用频率却相差悬殊，大约有20％的指令

会被反复使用，占整个程序代码的80％。而余下的80％的指令却不经常使用，在程序设计中只占

20％，显然，这种结构是不太合理的。

基于以上的不合理性，1979 年美国加州大学伯克利分校提出了RISC（Reduced Instruction Set

Computer，精简指令集计算机）的概念，RISC 并非只是简单地去减少指令，而是把着眼点放在了如

何使计算机的结构更加简单合理地提高运算速度上。RISC 结构优先选取使用频最高的简单指令，避

免复杂指令；将指令长度固定，指令格式和寻地方式种类减少；以控制逻辑为主，不用或少用微码

控制等措施来达到上述目的。

到目前为止，RISC 体系结构也还没有严格的定义，一般认为，RISC 体系结构应具有如下特点：

－ 采用固定长度的指令格式，指令归整、简单、基本寻址方式有2～3 种。

－ 使用单周期指令，便于流水线操作执行。

－ 大量使用寄存器，数据处理指令只对寄存器进行操作，只有加载/ 存储指令可以访问存储器，

以提高指令的执行效率。

除此以外，ARM 体系结构还采用了一些特别的技术，在保证高性能的前提下尽量缩小芯片的面

积，并降低功耗：

－ 所有的指令都可根据前面的执行结果决定是否被执行，从而提高指令的执行效率。

－ 可用加载/存储指令批量传输数据，以提高数据的传输效率。

－ 可在一条数据处理指令中同时完成逻辑处理和移位处理。

－ 在循环处理中使用地址的自动增减来提高运行效率。

当然，和CISC 架构相比较，尽管RISC 架构有上述的优点，但决不能认为RISC 架构就可以取

代CISC 架构，事实上，RISC 和CISC 各有优势，而且界限并不那么明显。现代的CPU 往往采用

CISC 的外围，内部加入了RISC 的特性，如超长指令集CPU 就是融合了RISC 和CISC 的优势，成

为未来的CPU 发展方向之一