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[導(dǎo)讀]RISC(精簡指令集計(jì)算機(jī))是一種執(zhí)行較少類型計(jì)算機(jī)指令的微處理器,起源于80年代的MIPS主機(jī)(即RISC機(jī)),RISC機(jī)中采用的微處理器統(tǒng)稱RISC處理器。這樣一來,它能夠以更快的速度執(zhí)行操作(每秒執(zhí)行更多百萬條指令,即MIPS)。因?yàn)橛?jì)算機(jī)執(zhí)行每個指令類型都需要額外的晶體管...

RISC(精簡指令集計(jì)算機(jī))是一種執(zhí)行較少類型計(jì)算機(jī)指令的微處理器,起源于80年代的MIPS主機(jī)(即RISC機(jī)),RISC機(jī)中采用的微處理器統(tǒng)稱RISC處理器。
這樣一來,它能夠以更快的速度執(zhí)行操作(每秒執(zhí)行更多百萬條指令,即MIPS)。
因?yàn)橛?jì)算機(jī)執(zhí)行每個指令類型都需要額外的晶體管和電路元件,計(jì)算機(jī)指令集越大就會使微處理器更復(fù)雜,執(zhí)行操作也會更慢。
性能特點(diǎn)一:由于指令集簡化后,流水線以及常用指令均可用硬件執(zhí)行;性能特點(diǎn)二:采用大量的寄存器,使大部分指令操作都在寄存器之間進(jìn)行,提高了處理速度;性能特點(diǎn)三:采用緩存—主機(jī)—外存三級存儲結(jié)構(gòu),使取數(shù)與存數(shù)指令分開執(zhí)行,使處理器可以完成盡可能多的工作,且不因從存儲器存取信息而放慢處理速度。其中ARM/MIPS/PowerPC均是基于精簡指令集機(jī)器處理器的架構(gòu);X86則是基于復(fù)雜指令集的架構(gòu),Atom是x86或者是x86指令集的精簡版。
根據(jù)各種新聞,Android在支持各種處理器的現(xiàn)狀:
  • ARM Android 最早發(fā)展、完善的支持,主要在手機(jī)市場、上網(wǎng)本、智能等市場;
  • X86 Android 有比較完善的發(fā)展。有atom Android的上網(wǎng)本,且支
  • Atom Android 和 Atom Window7雙系統(tǒng);
  • MIPS Android 目前在移植、完善過程中;
  • Powpc Android 目前在移植、完善過程中。

ARM系列處理器
ARM架構(gòu),過去稱作進(jìn)階精簡指令集機(jī)器(Advanced RISC Machine,更早稱作:Acorn RISC Machine),是一個32位精簡指令集(RISC)處理器架構(gòu),其廣泛地使用在許多嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
由于節(jié)能的特點(diǎn),ARM處理器非常適用于行動通訊領(lǐng)域,符合其主要設(shè)計(jì)目標(biāo)為低耗電的特性。
在今日,ARM家族占了所有32位嵌入式處理器75%的比例,使它成為占全世界最多數(shù)的32位架構(gòu)之一。
ARM處理器可以在很多消費(fèi)性電子產(chǎn)品上看到,從可攜式裝置(PDA、移動電話、多媒體播放器、掌上型電子游戲,和計(jì)算機(jī))到電腦外設(shè)(硬盤、桌上型路由器),甚至在導(dǎo)彈的彈載計(jì)算機(jī)等軍用設(shè)施中都有他的存在。
在此還有一些基于ARM設(shè)計(jì)的派生產(chǎn)品,重要產(chǎn)品還包括Marvell的XScale架構(gòu)和德州儀器的OMAP系列。
優(yōu)勢:價格低,能耗低;ARM 授權(quán)方式:ARM 公司本身并不靠自有的設(shè)計(jì)來制造或出售 CPU ,而是將處理器架構(gòu)授權(quán)給有興趣的廠家。
ARM 提供了多樣的授權(quán)條款,包括售價與散播性等項(xiàng)目。對于授權(quán)方來說,ARM 提供了 ARM 內(nèi)核的整合硬件敘述,包含完整的軟件開發(fā)工具(編譯器、debugger、SDK),以及針對內(nèi)含 ARM CPU 硅芯片的銷售權(quán)。
對于無晶圓廠的授權(quán)方來說,其希望能將 ARM 內(nèi)核整合到他們自行研發(fā)的芯片設(shè)計(jì)中,通常就僅針對取得一份生產(chǎn)就緒的智財(cái)核心技術(shù)(IP Core)認(rèn)證。
對這些客戶來說,ARM 會釋出所選的 ARM 核心的閘極電路圖,連同抽象模擬模型和測試程式,以協(xié)助設(shè)計(jì)整合和驗(yàn)證。
需求更多的客戶,包括整合元件制造商(IDM)和晶圓廠家,就選擇可合成的RTL(暫存器轉(zhuǎn)移層級,如 Verilog)形式來取得處理器的智財(cái)權(quán)(IP)。
借著可整合的 RTL,客戶就有能力能進(jìn)行架構(gòu)上的最佳化與加強(qiáng)。這個方式能讓設(shè)計(jì)者完成額外的設(shè)計(jì)目標(biāo)(如高震蕩頻率、低能量耗損、指令集延伸等)而不會受限于無法更動的電路圖。
雖然 ARM 并不授予授權(quán)方再次出售 ARM 架構(gòu)本身,但授權(quán)方可以任意地出售制品(如芯片元件、評估板、完整系統(tǒng)等)。
商用晶圓廠是特殊例子,因?yàn)樗麄儾粌H授予能出售包含 ARM 內(nèi)核的硅晶成品,對其它客戶來講,他們通常也保留重制 ARM 內(nèi)核的權(quán)利。
x86系列/Atom處理器
x86或80x86是英代爾Intel首先開發(fā)制造的一種微處理器體系結(jié)構(gòu)的泛稱。
x86架構(gòu)是重要地可變指令長度的CISC(復(fù)雜指令集電腦,Complex Instruction Set Computer)。
Intel Atom(中文:凌動,開發(fā)代號:Silverthorne)是Intel的一個超低電壓處理器系列。處理器采用45納米工藝制造,集成4700萬個晶體管。L2緩存為512KB,支持SSE3指令集,和VT虛擬化技術(shù)(部份型號)。
現(xiàn)時,Atom處理器系列有6個型號,全部都是屬于Z500系列。它們分別是Z500、Z510、Z520、Z530、Z540和Z550。最低端的Z500內(nèi)核頻率是800MHz,F(xiàn)SB則是400MHz。而最高速的Z550,內(nèi)核頻率則有2.0GHz,F(xiàn)SB則是533MHz。
從Z520開始,所有的處理器都支持超線程技術(shù),但只增加了不到10%的耗電。雙內(nèi)核版本為N系列,依然采用945GC芯片組。
雙內(nèi)核版本仍會支持超線程技術(shù),所以系統(tǒng)會顯示出有4個邏輯處理器。這個版本的兩個內(nèi)核并非采用本地設(shè)計(jì),只是簡單的將兩個單內(nèi)核封裝起來。
MIPS系列處理器
MIPS是世界上很流行的一種RISC處理器。MIPS的意思是“無內(nèi)部互鎖流水級的微處理器”(Microprocessor without interlocked piped stages),其機(jī)制是盡量利用軟件辦法避免流水線中的數(shù)據(jù)相關(guān)問題。
它最早是在80年代初期由斯坦福(Stanford)大學(xué)Hennessy教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組研制出來的。MIPS公司的R系列就是在此基礎(chǔ)上開發(fā)的RISC工業(yè)產(chǎn)品的微處理器。這些系列產(chǎn)品為很多計(jì)算機(jī)公司采用構(gòu)成各種工作站和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
MIPS技術(shù)公司是美國著名的芯片設(shè)計(jì)公司,它采用精簡指令系統(tǒng)計(jì)算結(jié)構(gòu)(RISC)來設(shè)計(jì)芯片。和英特爾采用的復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算結(jié)構(gòu)(CISC)相比,RISC具有設(shè)計(jì)更簡單、設(shè)計(jì)周期更短等優(yōu)點(diǎn),并可以應(yīng)用更多先進(jìn)的技術(shù),開發(fā)更快的下一代處理器。
MIPS是出現(xiàn)最早的商業(yè)RISC架構(gòu)芯片之一,新的架構(gòu)集成了所有原來MIPS指令集,并增加了許多更強(qiáng)大的功能。MIPS自己只進(jìn)行CPU的設(shè)計(jì),之后把設(shè)計(jì)方案授權(quán)給客戶,使得客戶能夠制造出高性能的CPU。

  • 1984年,MIPS計(jì)算機(jī)公司成立,開始設(shè)計(jì)RISC處理器;
  • 1986年推出R2000處理器。
  • 1992年,SGI收購了MIPS計(jì)算機(jī)公司。
  • 1988年推R3000處理器。
  • 1991年推出第一款64位商用微處器R4000;之后又陸續(xù)推出R8000(于1994年)、R10000(于1996年)和R12000(于1997年)等型號。
  • 1998年,MIPS脫離SGI,成為MIPS技術(shù)公司;隨后,MIPS公司的戰(zhàn)略發(fā)生變化,把重點(diǎn)放在嵌入式系統(tǒng);1998年-MIPS科技股票在美國納斯達(dá)克股票交易所公開上市。
  • 1999年,MIPS公司發(fā)布MIPS32和MIPS64架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn),為未來MIPS處理器的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。新的架構(gòu)集成了所有原來NIPS指令集,并且增加了許多更強(qiáng)大的功能。MIPS公司陸續(xù)開發(fā)了高性能、低功耗的32位處理器內(nèi)核(core)MIPS324Kc與高性能64位處理器內(nèi)核MIPS64 5Kc。
  • 2000年,MIPS公司發(fā)布了針對MIPS32 4Kc的版本以及64位MIPS 64 20Kc處理器內(nèi)核。
  • 2007年8月16日-MIPS科技宣布,中科院計(jì)算機(jī)研究所的龍芯中央處理器獲得其處理器IP的全部專利和總線、指令集授權(quán)。
  • 2007年12月20日-MIPS科技宣布,揚(yáng)智科技已取得其針對先進(jìn)多媒體所設(shè)計(jì)的可定制化系統(tǒng)單芯片(SoC)核心“MIPS32 24KEc Pro”授權(quán)。

PowerPC系列處理器
PowerPC 是一種精簡指令集(RISC)架構(gòu)的中央處理器(CPU),其基本的設(shè)計(jì)源自IBM(國際商用機(jī)器公司)的IBM PowerPC 601 微處理器POWER架構(gòu)。二十世紀(jì)九十年代,IBM(國際商用機(jī)器公司)、Apple(蘋果公司)和Motorola(摩托羅拉)公司開發(fā)PowerPC芯片成功,并制造出基于PowerPC的多處理器計(jì)算機(jī)。PowerPC架構(gòu)的特點(diǎn)是可伸縮性好、方便靈活。
PowerPC 處理器有廣泛的實(shí)現(xiàn)范圍,包括從諸如 Power4 那樣的高端服務(wù)器 CPU 到嵌入式 CPU 市場(任天堂 Gamecube 使用了 PowerPC)。PowerPC 處理器有非常強(qiáng)的嵌入式表現(xiàn),因?yàn)樗哂袃?yōu)異的性能、較低的能量損耗以及較低的散熱量。除了象串行和以太網(wǎng)控制器那樣的集成 I/O,該嵌入式處理器與“臺式機(jī)”CPU 存在非常顯著的區(qū)別。
實(shí)時性(Real Time)DSP架構(gòu)
DSP是微處理器的一種,這種微處理器具有極高的處理速度.因?yàn)閼?yīng)用這類處理器的場合要求具有很高的實(shí)時性(Real Time)。比如通過移動電話進(jìn)行通話,如果處理速度不快就只能等待對方停止說話,這一方才能通話。
如果雙方同時通話,因?yàn)閿?shù)字信號處理速度不夠,就只能關(guān)閉信號連接.在DSP出現(xiàn)之前數(shù)字信號處理只能依靠MPU(微處理器)來完成。但MPU較低的處理速度無法滿足高速實(shí)時的要求。
因此,直到70年代,有人才提出了DSP的理論和算法基礎(chǔ)。那時的DSP僅僅停留在教科書上,即便是研制出來的DSP系統(tǒng)也是由分立元件組成的,其應(yīng)用領(lǐng)域僅局限於軍事、航空航天部門。
90年代DSP發(fā)展最快,相繼出現(xiàn)了第四代和第五代DSP器件?,F(xiàn)在的DSP屬於第五代產(chǎn)品,它與第四代相比,系統(tǒng)集成度更高,將DSP芯核及外圍元件綜合集成在單一芯片上。這種集成度極高的DSP芯片不僅在通信、計(jì)算機(jī)領(lǐng)域大顯身手,而且逐漸滲透到人們?nèi)粘OM(fèi)領(lǐng)域。
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