处理器的分层模型 ——从MIPS、龙芯、ST的关系谈起

 2009年6月15日，MIPS公司网站发布新闻，中国科学院计算所取得MIPS32®和MIPS64® Architecture的授权，用于龙芯的开发和商用。新闻见下面的链接：

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       2007年3月28日，STMicroelectronics公司网站发布新闻，STMicroelectronics制造和销售中国科学院计算所研制的龙芯IP。新闻见下面的链接：

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       龙芯采样MIPS的Architecture授权，芯片又由ST制造，关于龙芯的知识产权问题一直是人们关注的焦点，要弄清这个问题，需要首先理解处理器的分层模型。

        在计算机体系结构中，处理器被分为3个层次：

        指令集体系结构(Instruction Set Architecture，ISA)常被简称为Architecture(架构)，是处理器的一个抽象描述，处理器对外提供哪些指令，提供哪些寻址方式，拥有哪些程序员可见的寄存器等等，这些都属于ISA的范畴，它描述的是处理器对软件人员提供的接口。ISA在处理器中的实现，被称为Microarchitecture(微架构)，同样是x86的Architecture，Intel和AMD各自使用不同的Microarchitecture。

        通俗的说，Architecture是处理器的外表，Microarchitecture是处理器的内心。Architecture是设计规范，定义处理器能做什么，Microarchitecture是设计实现，描述处理器是怎么实现功能的。

       处理器的物理实现是具体的实现过程，可以用20nm的集成电路工艺实现处理器，也可以用40nm的工艺实现，可以用电子实现(电子计算机)，也可以用量子实现(量子计算机)。Microarchitecture描述的是处理器的逻辑结构，不关注处理器的物理实现工艺。

       如果用软件开发的流程来和处理器进行对比，那么Architecture就好比需求，Microarchitecture好比设计，物理实现好比真正的代码。

        Microarchitecture通常也可以认为等同于内核(core)，一个处理器除了内核外，也还有很多其他的东西，例如：I/O(Input/Output)、电源、时钟等等，同样一种微架构可以出多种型号的处理器。

        下面这张图以商用处理器的例子描述了指令集、微架构、处理器之间的关系：

        Intel著名的奔2、奔3电脑，使用了Intel历史上非常成功的P6微架构，奔4以及一部分志强处理器使用了NetBurst微架构，它们都使用x86指令集。ARM公司设计的ARM Cortex-A8内核使用ARMv7指令集，被用在了TI、三星等很多公司的处理器上。

       很多人会混淆ARM7和ARMv7，ARM7是一种微架构，使用的是ARMv4指令集，ARMv7是一种指令集，Cortex系列的都使用ARMv7指令集。

        从上面的分析我们得知：MIPS处于指令集这一层，龙芯处于微架构这一层，ST处于物理实现这一层。虽然MIPS也卖内核，不过相信龙芯的微架构还是会有自己的特色。