IT 工程师小知识 什么是 CPU 架构？

你好。
我是 Nomushin，公司里最大的硬件极客（自称）。

作为一名IT工程师，你了解过CPU架构吗？
开发网络系统并不特别需要架构知识，但所有程序都在计算机架构上运行。
因此，将其作为知识牢记在心并没有什么坏处。

由于篇幅太长，无法详细阐述，因此本文仅涉及细节。如果您有兴趣，请深入挖掘并找出答案。

首先，什么是CPU？

啊，我知道了，我知道了，就是那个顽固的家伙。”你真是个老男人了！如今的 CPU 不再繁忙。

我认为没有哪个 IT 工程师不知道 CPU 是什么，但以防万一。
CPU 代表中央处理单元。它缩写为CPU。有时称为处理器。
它是计算机中的中央处理单元，通常被比作计算机的大脑。
可以说，所有的电子设备，从电脑和智能手机到各种家用电器和计算器，都配备了CPU（尽管它们的大小各不相同）。

*顺便说一句，对于PC和智能手机来说，除了纯粹的CPU之外，SoC（片上系统）将各种功能组合到单个芯片中，例如GPU（图形功能）、专用于AI处理的芯片、然而，抛开细节，在本文中我们将只关注此类设备的 CPU 部分，并将其称为“CPU”。

什么是CPU架构？ ？

主要主题是建筑。
将
指令集体系结构（ ISA 建筑除了字面意思外，还有“设计”的意思
CPU配备有非常原始的指令（逻辑/算术运算符、数据复制等）用于执行各种处理，而寄存器（CPU内部的临时数据存储器）用于实际处理这些指令的存储区域等规格。由上述 ISA 确定。
也就是说，只要CPU具有相同的ISA，基本上都会运行相同的程序，无论哪个公司的CPU是开发的。

架构类型

架构有很多种，但这次我将介绍以下两种来自熟悉地方的架构。

• x86（英特尔）・・・八六
• 手臂（手臂）・・・手臂

说到ARM，开发它的公司名字就叫ARM，而且还上了新闻，所以即使是不看IT网站的人也可能听说过。

什么是x86？

• 英特尔的架构
• 这是一台带有“Intel”的 PC。 CPU“品牌”包括Xeon、Core、Pentium、Celeron等。
• 常用于计算机、服务器、超级计算机等。
• 高性能但功耗高
• 与英特尔有许可协议的AMD也在开发相同架构的CPU（Ryzen、Athlon、Optelon等）

什么是ARM？

• 英国ARM架构
• 几乎所有的智能手机都是这样的
• ARM架构CPU应用于我们日常交互的各种设备中，例如路由器等通信设备，空调、冰箱、电视等家用电器以及物联网设备。
• 各种节能、低成本 CPU 到高性能 CPU
• ARM本身并不生产CPU。
• 由软银购买 (2016) 出售 (2020)

*备注①架构性能？
我上面写了x86是“高性能，但也很耗电”，而ARM是“省电”。不过，近年来Intel主打省电，而ARM则一直在“省电”。用于需要高性能的领域，例如个人电脑和服务器，这两家公司的性能特征变得越来越不清楚，部分原因是它们的目标是扩展到日本。
英特尔曾一度进入智能手机CPU市场（2012年），但于2016年退出。 *因此，Android操作系统有两种类型：“ARM版本”和“x86版本”。
相反，ARM现在已经进入了Windows的CPU市场（尽管说微软为ARM开发Windows可能更准确……）。采用 ARM CPU 的 Windows PC 尚未普及，但将来可能会变得更加普遍。
此外，被各种媒体宣传为世界上最快的超级计算机的“富岳”的CPU“A64FX”是
富士通开发的ARM架构CPU 2020年，苹果宣布将其Mac CPU从英特尔切换这也是非常高性能的，也成为了热门话题。
英特尔应该做什么？ ？

*备注② ARM的商业模式
英特尔在内部设计和制造基于自己的x86架构的CPU（它拥有一个CPU制造工厂）。
相比之下，ARM基于其x86架构设计和制造CPU，这是一种授权的业务（。卖）插图。 ARM 在这项授权业务中拥有大量客户，每个购买该蓝图的制造商都会定制该设计（或不定制）并制造 CPU。
此外，全球三大CPU制造半导体工厂英特尔（美国）、三星（韩国）和台积电（台湾） 。
日本销售的智能手机CPU几乎100%是由台积电或三星制造的。

*备注 ③ x86？ x64？
有些人可能已经将
“x64”与 x86 分开了 x86是32位架构，而x64是将x86扩展到64位的架构。有时写为“x86-64”。
给你一个非常粗略的解释，x64可以一次处理更大的数据量，并且可以更高效、更快地处理数据。
当 x86 和 x64 并列列出时，有些人可能会感到困惑，因为 x64 的数字较低，但架构较高，但请注意 x64 是“x86-64”的缩写。
，我认为在Windows 10启动驱动器上创建了两个文件夹：
“Program Files (x86)”和“Program Files” 然而，现代 x86 CPU 支持这两种架构，并且唯一可以购买的 Windows 10 新版本是 64 位版本（也运行 32 位应用程序），因此您可能不必担心。
同样，ARM也有32位和64位架构，但64位在智能手机等对性能有要求的领域已经是主流，就像x86一样。

架构采用趋势（游戏机）

既然我们了解了计算机和智能手机，那么每种架构还用于哪些其他领域？
让我们仔细看看游戏机。
各代游戏机采用的架构各不相同，但索尼的 PS4 和 PS5始终使用授权公司 AMD 的 x86 CPU，而不是英特尔。
另外，同代的微软XboxXbox One ⇒ XBOX SERIES X/S一样，都使用AMD的x86 CPU
因此，这些游戏机的硬件配置非常相似，可以称为兄弟机，而且它们的构造也与PC非常相似。
另一方面任天堂为 Switch 采用了 ARM 架构。这是一款来自NVIDIA的CPU，在AI和GPU（图形）领域正在快速发展。
Switch 被设计为电池供电，因此与之前两家公司优先考虑性能的游戏机不同，这一选择似乎是在性能和​​省电之间取得平衡的结果。这种设计更像是智能手机而不是个人电脑。
我预计下一代 Switch 也会走同样的道路，但我期待看到任天堂推出一款不可预知的游戏机。

架构采用趋势（云服务器）

目前，Intel的x86 CPU占据了AWS、GCP、Azure等的大部分CPU。
自2018年起，对同x86架构的AMD EPYC处理器（Ryzen服务器CPU）进行了性能评估，并陆续被AWS和GCP采用。由于它是一家受欢迎的制造商，因此未来其采用率可能会继续增加。
亚马逊开发的 “Graviton”，甚至有传言称微软可能会开发自己的ARM CPU并在Azure中使用。
我的印象是云服务器已经进入战国时代，以前是Intel一家独大。

那么，从用户的角度来看，使用除 Intel CPU 之外的服务器有哪些好处呢？
AWS 对各个 CPU 实例的特性进行了如下解释。

• AMD x86 CPU（实例以“a”结尾）：与 Intel 性能相同，便宜 10%
• 自产ARM Graviton CPU（实例以“g”结尾）：性价比比同代Intel实例高出40%

后者有点抽象且难以理解，但重点是两者都是“比（传统）Intel CPU 实例更好的性价比！” ”这就是答案。
然而，使用 PHP 等创建的 Web 系统可以预期在任何实例上基本上都以相同的方式运行，因为中间件和操作系统吸收了体系结构的差异，但也存在由于 CPU 体系结构的差异而导致软件无法运行的情况。还有一些事情，所以你需要考虑到这一点。
但是，每个实例都有其优点，因此如果它符合您的要求，则可能值得积极考虑将其作为候选者。

 

最后

我开设了我所属的系统开发服务网站“SEKARAKU Lab”。
Beyond是从服务器设计搭建到运营的一站式服务，所以如果您在服务器端开发方面遇到任何问题，请随时联系我们。
SEKARAKU 实验室： https://sekarakulab.beyondjapan.com/

感谢您阅读到最后。
软件和硬件是密不可分的，但我感觉有不少程序员对硬件并不真正感兴趣。难道是那个时代……？
这是一个值得深入研究的有趣世界（我认为），所以如果您有兴趣，请做一些研究。