中央處理單元(CPU)主要由運算器、控制器、寄存器三部分組成，從字面意思看運算器就是起著運算的作用，控制器就是負責發(fā)出CPU每條指令所需要的信息，寄存器就是保存運算或者指令的一些臨時文件，這樣可以保證更高的速度。

CPU有著處理指令、執(zhí)行操作、控制時間、處理數(shù)據(jù)四大作用，打個比喻來說，CPU就像我們的大腦，幫我們完成各種各樣的生理活動。因此如果沒有 CPU，那么電腦就是一堆廢物，無法工作。移動設備其實很復雜，這些CPU需要執(zhí)行數(shù)以百萬計的指示，才能使它向我們期待的方向運行，而CPU的速度和功率效率是至關重要的。速度影響用戶體驗，而效率影響電池壽命。最完美的移動設備是高性能和低功耗相結合。

CPU架構是CPU廠商給屬于同一系列的CPU產品定的一個規(guī)范，主要目的是為了區(qū)分不同類型CPU的重要標示。

在計算世界中，“體系結構”一詞被用來描述一個抽象的機器,而不是一個具體的機器實現(xiàn)。一般而言，一個CPU的體系結構有一個指令集加上一些寄存器而組成。

從CPU發(fā)明到現(xiàn)在，有非常多種架構，從我們熟悉的X86、ARM，到不太熟悉的MIPS、IA64，它們之間的差距都非常大。但是如果從最基本的邏輯角度來分類的話，它們可以被分為兩大類，即所謂的“復雜指令集”與“精簡指令集”系統(tǒng)，也就是經?？吹降摹癈ISC”與“RISC”。

“指令集”與“體系結構”這兩個術語是同義詞。x86、ARM、MIPS算是是目前最常見也相對最知名的處理器架構?！?/p>

x86架構

x86或80x86是英特爾首先開發(fā)制造的一種微處理器體系結構的泛稱。該系列較早期的處理器名稱是以數(shù)字來表示，并以“86”作為結尾，包括Intel 8086、80186、80286、80386以及80486，因此其架構被稱為“x86”。

x86架構于1978年推出的Intel 8086中央處理器中首度出現(xiàn)，它是從Intel 8008處理器中發(fā)展而來的，而8008則是發(fā)展自Intel 4004的。8086在三年后為IBM PC所選用，之后x86便成為了個人電腦的標準平臺，成為了歷來最成功的CPU架構。8086是16位元處理器;直到1985年32位元的80386的開發(fā)，這個架構都維持是16位元。接著一系列的處理器表示了32位元架構的細微改進，推出了數(shù)種的擴充，直到2003年AMD對于這個架構發(fā)展了64位元的擴充，并命名為AMD64。后來Intel也推出了與之兼容的處理器，并命名為Intel 64。兩者一般被統(tǒng)稱為x86-64或x64，開創(chuàng)了x86的64位時代。

Intel早在1990年代就與惠普合作提出了一種用在安騰系列處理器中的獨立的64位架構，這種架構被稱為IA-64。IA-64是一種嶄新的架構，和x86架構完全沒有相似性。

x86架構是重要地可變指令長度的CISC。字組(word, 4字節(jié))長度的內存存取允許不對齊內存位址，字組是以低位字節(jié)在前的順序儲存在內存中。向后相容性一直都是在x86架構的發(fā)展背后一股驅動力量(設計的需要決定了這項因素而常常導致批評，尤其是來自對手處理器的擁護者和理論界，他們對于一個被廣泛認為是落后設計的架構的持續(xù)成功感到不解)。但在較新的微架構中，x86處理器會把x86指令轉換為更像RISC的微指令再予執(zhí)行，從而獲得可與RISC比擬的超標量性能，而仍然保持向前兼容。

如今，我們面前的PC機基本都是x86架構計算機。如果你想嘗試其他架構的計算機，首先要考慮的是是否放棄Windows系統(tǒng)。(注：Windows 8 起，微軟開始支持x86和ARM兩種架構) ·

ARM架構

ARM架構(過去稱作進階精簡指令集機器(Advanced RISC Machine)，更早稱作Acorn RISC Machine)是一個32位元精簡指令集(RISC) 中央處理器(processor)架構，其廣泛地使用在許多嵌入式系統(tǒng)(embedded)設計。由于節(jié)能的特點，ARM處理器非常適用于移動通訊領域，符合其主要設計目標為低耗電的特性。在今日，ARM家族占了所有32位元嵌入式處理器75%的比例[1]，使它成為占全世界最多數(shù)的32位元架構之一。ARM處理器可以在很多消費性電子產品上看到，從可攜式裝置(PDA、移動電話、多媒體播放器、掌上型電玩，和計算機)到電腦周邊設備(硬盤、桌上型路由器)甚至在導彈的彈載計算機等軍用設施中都有他的存在。在此家族中衍伸的重要產品還包括Marvell的XScale架構和德州儀器的OMAP系列。

ARM架構包含了下述RISC特性：

1、讀取/儲存 架構。

2、正交指令集(任意存取指令可以任意的尋址方式存取數(shù)據(jù)Orthogonal instruction set)

3、大量的16 × 32-bit 寄存器陣列(register file)。

4、固定的32 bits 操作碼(opcode)長度，降低編碼數(shù)量所產生的耗費，減輕解碼和流水線化的負擔。

5、大多均為一個CPU周期執(zhí)行。

為了補強這種簡單的設計方式，相較于同時期的處理器如Intel 80286和Motorola 68020，還多加了一些特殊設計：

1、大部分指令可以條件式地執(zhí)行，降低在分支時產生的負重，彌補分支預測器(branch predictor)的不足。

2、算數(shù)指令只會在要求時更改條件編碼(conditioncode)。

3、32-bit筒型位移器(barrelshifter)可用來執(zhí)行大部分的算數(shù)指令和尋址計算而不會損失效能。

4、強大的索引尋址模式(addressing mode)。

5、精簡但快速的雙優(yōu)先級中斷子系統(tǒng)，具有可切換的暫存器組。

在今日，ARM家族占了所有32位元嵌入式處理器75%的比例，使它成為占全世界最多數(shù)的32位元架構之一。ARM處理器可以在很多消費性電子產品上看到，從可攜式裝置(PDA、移動電話、多媒體播放器、掌上型電玩、計算機)到電腦周邊設備(硬盤、桌上型路由器)甚至在導彈的彈載計算機等軍用設施中都有他的存在。

MIPS架構

MIPS架構(英語：MIP Sarchitecture，為“無內部互鎖流水級的微處理器Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages的縮寫，也是Millionsof Instructions Per Second的相關語)，是一種采取精簡指令集(RISC)的處理器架構，1981年出現(xiàn)，由MIPS科技公司開發(fā)并授權，廣泛被使用在許多電子產品、網(wǎng)絡設備、個人娛樂裝置與商業(yè)裝置上。其機制是盡量利用軟件辦法避免流水線中的數(shù)據(jù)相關問題。它最早是在80年代初期由斯坦福(Stanford)大學Hennessy教授領導的研究小組研制出來的。MIPS公司的R系列就是在此基礎上開發(fā)的RISC工業(yè)產品的微處理器。這些系列產品為很多計算機公司采用構成各種工作站和計算機系統(tǒng)。

MIPS是出現(xiàn)最早的商業(yè)RISC架構芯片之一。MIPS的系統(tǒng)結構及設計理念比較先進，強調軟硬件協(xié)同提高性能，同時簡化硬件設計。

2002年，中國科學院計算所開始研發(fā)龍芯處理器，采用MIPS架構，但未經MIPS公司的授權，遭到侵權的控告。2007年，中國科學院與MIPS公司達成和解，得到正式授權。中國龍芯2和前代產品采用的都是64位MIPS指令架構。過去，MIPS架構的產品多見于工作站領域，索尼PS2游戲機所用的“Emotion Engine”也采用MIPS指令，這些MIPS處理器的性能都非常強勁，而龍芯2也屬于這個陣營，在軟件方面與上述產品完全兼容。

ARM與MIPS

與當前商業(yè)化最成功的ARM架構相比，MIPS的優(yōu)勢主要有以下幾點：

1、MIPS支持64bit指令和操作，ARM目前只到32bit 。

2、MIPS有專門的除法器，可以執(zhí)行除法指令 。

3、MIPS的內核寄存器比ARM多一倍，所以同樣的性能下MIPS的功耗會比ARM更低，同樣功耗下性能比ARM更高。

4、MIPS指令比ARM稍微多一點，稍微靈活一點。

5、有觀點認為MIPS的bank寄存器性能也要好于ARM，不過沒見過能反映出來的測試。

以上為MIPS對比ARM架構的優(yōu)勢，接下來我們再看一看MIPS架構的不足之處， 與ARM架構相比，MIPS架構也存在著以下幾點不足：

1、MIPS的內存地址起始有問題，這導致了MIPS在內存和cache的支持方面都有限制，現(xiàn)在的MIPS處理器單內核面對高容量內存時有問題。

2、MIPS今后的發(fā)展方向是并行線程，類似INTEL的超線程，而ARM未來的發(fā)展方向是物理多核，目前看來物理多核占優(yōu)。由此來看，我國的龍芯向多核發(fā)展還是頗具遠見的。

3、MIPS雖然結構更加簡單，但是到現(xiàn)在還是順序單****，ARM已經進化到了亂序雙****，甚至NV的丹佛已經是亂序三****了。

商業(yè)上二者差別也大，ARM很昂貴，而且不能隨意自行更改內核。而MIPS就要開放的多了。(這也算龍芯為什么不采用ARM架構的原因了。)

ARM與X86架構

性能對比

X86結構的電腦無論如何都比ARM結構的系統(tǒng)在性能方面要快得多、強得多。X86的CPU的主頻隨便就是1GHZ以上、雙核、四核大行其道，現(xiàn)在通常使用22nm制程的工藝進行生產;而ARM方面：CPU通常是幾百兆，最近才出現(xiàn)1G左右的CPU，制程通常使用32nm或45nm制程的工藝，可以說在性能和生產工藝方面ARM根本不是X86結構系統(tǒng)的對手。

但ARM的優(yōu)勢不在于性能強大而在于效率，ARM采用RISC流水線指令集，在完成綜合性工作方面根本就處于劣勢，而在一些任務相對固定的應用場合其優(yōu)勢就能發(fā)揮得淋漓盡致。

擴展能力對比

X86結構的電腦采用“橋”的方式與擴展設備(如：硬盤、內存等)進行連接，而且x86結構的電腦出現(xiàn)了近30年，其配套擴展的設備種類多、價格也比較便宜，所以x86結構的電腦能很容易進行性能擴展，如增加內存、硬盤等。

ARM結構的電腦是通過專用的數(shù)據(jù)接口使CPU與數(shù)據(jù)存儲設備進行連接，所以ARM的存儲、內存等性能擴展難以進行(一般在產品設計時已經定好其內存及數(shù)據(jù)存儲的容量)，所以采用ARM結構的系統(tǒng)，一般不考慮擴展?；痉钚小皦蛴镁秃谩钡脑瓌t。

操作系統(tǒng)的兼容性

X86系統(tǒng)由微軟及Intel構建的Wintel聯(lián)盟一統(tǒng)天下，壟斷了個人電腦操作系統(tǒng)近30年，形成巨大的用戶群，也深深固化了眾多用戶的使用習慣，同時x86系統(tǒng)在硬件和軟件開發(fā)方面已經形成統(tǒng)一的標準，幾乎所有x86硬件平臺都可以直接使用微軟的視窗系統(tǒng)及現(xiàn)在流行的幾乎所有工具軟件，所以x86系統(tǒng)在兼容性方面具有無可比擬的優(yōu)勢。

ARM系統(tǒng)幾乎都采用Linux的操作系統(tǒng)，而且?guī)缀跛械挠布到y(tǒng)都要單獨構建自己的系統(tǒng)，與其他系統(tǒng)不能兼容，這也導致其應用軟件不能方便移植，這一點一直嚴重制約了ARM系統(tǒng)的發(fā)展和應用。

GOOGLE開發(fā)了開放式的Android系統(tǒng)后，統(tǒng)一了ARM結構電腦的操作系統(tǒng)，使新推出基于ARM結構的電腦系，有了統(tǒng)一的、開放式的、免費的操作系統(tǒng)，為ARM的發(fā)展提供了強大的支持和動力。

軟件開發(fā)的方便性及可使用工具的多樣性

軟件配套、軟件開發(fā)工具的配套及兼容等工作，X86已經到達非常成熟甚至可以說是完美的境界。所以使用X86電腦系統(tǒng)不僅有大量的第三方軟件可供選擇也有大量的軟件編程工具可以 幫助您完成您所希望完成的工作。

Arm結構的電腦系統(tǒng)因為硬件性能的制約、操作系統(tǒng)的精簡、以及系統(tǒng)兼容等問題的制約，造成Arm結構的電腦系統(tǒng)不可能像X86電腦系統(tǒng)那樣有眾多的編程工具和第三方軟件可供選擇及使用，ARM的編程語言大多采用C和JAVA或C++。

因此，基于x86結構電腦系統(tǒng)平臺開發(fā)軟件比arm結構系統(tǒng)更容易、更簡單、實際成本也更低，同時更容易找到第三方軟件(免去自己開發(fā)的時間和成本)，而且軟件移植更容易。

功耗對比

X86電腦因考慮要適應各種應用的需求，其發(fā)展思路是：性能+速度。20多年來x86電腦的速度從原來8088的幾M發(fā)展到現(xiàn)在隨便就是幾G，而且還是幾核，其速度和性能已經提升了千、萬倍，技術進步使x86電腦成為大眾生活中不可缺少的一部分。但是x86電腦發(fā)展的方向和模式，使其功耗一直居高不下，一臺電腦隨便就是幾百瓦，即使是號稱低功耗節(jié)能的手提電腦或上網(wǎng)本，也有十幾、二十多瓦的功耗，這與ARM結構的電腦就無法相比。

ARM的設計及發(fā)展思路是：滿足某個特殊方面的應用即可，在某一專項領域是最強的，(哪怕在其他方面一無是處)，這樣Arm以其不是最強的技術，同樣也不是很高級制程的制造工藝，生產出性能不是很強的電腦系統(tǒng)，但在某個專業(yè)應用方面則是最好的，特別是在眾多終端應用，尤其在移動終端應用上占有絕對優(yōu)勢的統(tǒng)治地位，這個原因就是：耗耗。

高功耗導致了一系列X86系統(tǒng)無法解決的問題出現(xiàn)：系統(tǒng)的續(xù)航能力弱、體積無法縮小、穩(wěn)定性差、對使用環(huán)境要求高等問題。從這里我們可以看到x86系統(tǒng)與ARM系統(tǒng)是在兩個完全不同領域方面的應用，他們之間根本不存在替換性，在服務器、工作站以及其他高性能運算等應用方面，是可以不考慮功耗和使用環(huán)境等條件時，X86系統(tǒng)占了優(yōu)絕對優(yōu)勢;但受功耗、環(huán)境等條件制約且工作任務固定的情況下ARM就占有很大的優(yōu)勢，在手持式移動終端領域，X86的功耗更使他英雄毫無用武之地。

從以上對比分析，給了我們的一個很清晰的感覺，ARM和X86結構的電腦根本就無法對比，ARM根本就不是X86電腦的的對手。如果只考慮上述幾個方面的要數(shù)，ARM確實無法與X86電腦競爭，甚至連比較的資格都沒有。但是近1、2年，ARM的產品在終端應用特別是手持終端應用飛速發(fā)展(如：智能手機、平板電腦等)，其銷售數(shù)量已經遠遠超出x86結構的電腦銷售數(shù)量，可見ARM是具有其與X86結構電腦不可對比的優(yōu)勢。

X86系統(tǒng)和ARM系統(tǒng)應該是兩個完全不同領域的應用，如果功能單一又受到環(huán)境制約的應用，如：POS、ATM、多媒體廣告機(現(xiàn)已經有ARM+DSP的產品)、車載電腦終端等應用，應該首先考慮ARM方案，ARM方案與X86相比，其功耗和成本占有很大優(yōu)勢。

現(xiàn)在ARM很強大，但它距離X86還是非常遙遠，畢竟它們設計的出發(fā)點不一樣， X86無法做到ARM的功耗，而ARM也無法做到X86的性能。不過這也不意味著ARM以后就只能占據(jù)低端，畢竟任何架構都有其優(yōu)點，一旦有應用針對其進行優(yōu)化，那么就可以揚長避短。X86的繁榮也正是因為整個世界的資源都針對它進行了優(yōu)化所致。只要能為ARM找到合適的應用與適合的領域，未來ARM也未必不可以進入更高的層次。