arm vs AArch64 vs amd64 vs x86_64 vs x86:有什么区别?

系统
当涉及到 CPU 的时候,有许多术语:AArch64、x86_64、amd64、arm 等等。了解它们是什么以及它们之间的区别。

当你查看数据表或软件下载页面时是否被 ARMAArch64x86_64i386 等术语混淆?这些被称为 CPU 架构,我会帮你深入了解这个计算话题。

以下的表将为你总结每个字符串所代表的意义:

CPU 架构

描述

x86_64 /x86/amd64

64 位 AMD/英特尔 CPU 的别称

AArch64 /arm64/ARMv8/ARMv9

64 位 ARM CPU 的别称

i386

32 位 AMD/英特尔 CPU

AArch32 /arm/ARMv1 到 ARMv7

32 位 ARM CPU 的别称

rv64gc /rv64g

64 位 RISC-V CPU 的别称

ppc64le

64 位 PowerPC CPU,小端字节序存储

从左到右是使用该术语来描述 CPU 架构超过其右侧其他可选用术语的偏好。

从左到右是使用该术语描述 CPU 架构的优先级,使用左侧的而不是其右侧的其他可供选择的术语。

如果你像我一样是个极客,并想要更深入地解释,请继续阅读!

概述:CPU 架构

通常来说,我之前列出的术语是描述 CPU 架构的。但严格讲,它们被计算机工程师视为 CPU 的 指令集架构Instruction Set Architecture(ISA)。

CPU 的指令集架构定义了 CPU 如何解析二进制代码中的 1 和 0。

这些 CPU 的 ISA 有几个主要的类别:

  • x86(AMD/英特尔)
  • ARM
  • RISC-V
  • PowerPC(IBM 仍在使用)

当然,还有更多种类的 CPU ISA,比如 MIPS、SPARC、DEC Alpha 等等。但我列出的这些至今仍然被广泛使用(以某种形式)。

上述列出的 ISA 主要根据 内存总线的宽度

💡 32 位的 CPU ISA 要么是已经过时的历史产物,被留下来要么只是为了支持旧的系统,要么只运用在微控制器中。可以说,所有新的硬件都已经是 64 位的了,特别是那些面向消费者的硬件。

x86(AMD/英特尔)

x86 CPU 的指令集架构主要源于英特尔,因为英特尔是最初搭配 8085 微处理器创建了它。8085 微处理器的内存总线宽度为 16 位。而后来,AMD 加入了这个领域,并且一直紧随英特尔的步伐,直到 AMD 创建出了自己的超集 64 位架构,超过了英特尔。

x86 架构的子集如下:

  • i386:如果你拥有的是 2007 年之前的 CPU,那么这可能就是你的 CPU 架构。它是现在使用的 AMD/英特尔的 x86 架构的 32 位“版本”。
  • x86_64/x86/amd64:这三个术语在不同的项目中可能会被交替使用。 但它们都是指 x86 AMD/英特尔架构的 64 位“版本”。无论如何,x86_64 这个字符串比 x86 和 amd64 使用得更广泛(也更受欢迎)。例如,FreeBSD 项目称 64 位的 x86 架构为 amd64,而 Linux 和 macOS 则称之为 x86_64

💡 由于 AMD 在创造 64 位 ISA 上超越了英特尔,所以一些项目(比如 FreeBSD)把 x86 的 64 位版本称为 amd64但更被广泛接受的术语还是 x86_64

对于 CPU ISA,“x86” 这个字符串是一种特殊的情况。你要知道,在从 32 位的 x86(i386)到 64 位的 x86(x86_64)的过渡过程中,CPU 制造商确保了 CPU 能够运行 32 位 和 64 位指令。所以,有时你可能会看到 x86 也被用来意指“这款产品只能运行在 64 位的计算机上,但如果该计算机能运行 32 位指令,那么你也可以在它上面运行 32 位的用户软件”。

这种 x86 的模糊性——也就是诸如能同时运行 32 位代码的 64 位处理器——其主要用于和存在于运行在 64 位处理器上的,但是允许用户运行 32 位软件的操作系统,Windows 就通过这种被称作“兼容模式”的特性运用了这种方式。

汇总一下,由 AMD 和 英特尔 设计的 CPU 有两种架构:32 位的(i386)和 64 位的(x86_84)。

其它的英特尔

x86_64 ISA 实际上有几个子集。这些子集都是 64 位,但它们新添加了诸如 SIMD(单指令多数据Single Instruction Multiple Data)指令等功能。

  • x86_64-v1:这是大多数人都熟知的基础 x86_64 ISA。当人们谈论 x86_64 时,他们通常指的就是 x86_64-v1 ISA。
  • x86_64-v2:此版本新增了更多如 SSE3(流式 SIMD 扩展版本 3Streaming SIMD Extensions 3)之类的指令扩展。
  • x86_64-v3:除了基础指令外,还新增了像 AVX(高级矢量扩展Advance Vector eXtensions)和 AVX2 等指令。这些指令可以使用高达 256 位宽的 CPU 寄存器!如果你能够有效利用它们,就能大规模并行处理计算任务。
  • x86_64-v4:这个版本在 x86_64-v3 ISA 的基础上,迭代了更多的 SIMD 指令扩展,比如 AVX256 和 AVX512。其中,AVX512 可以使用高达 512 位宽的 CPU 寄存器

ARM

ARM 不仅是一家为 CPU ISA 制定规范的公司,它也设计并授权给其他厂商使用其 CPU 内核,甚至允许其他公司使用 ARM CPU ISA 设计自己的 CPU 内核。(最后那句话听起来就像是个 SQL 查询似的!)

你可能因为如树莓派这类的 单板计算机Single Board Computer)(SBC)听说过 ARM。但其实 ARM 的 CPU 还广泛应用于手机中。最近,苹果从使用 x86_64 处理器转向了在其笔记本和台式机产品中使用自家设计的 ARM 处理器。

就像任一种 CPU 架构一样,ARM 基于内存总线宽度也有两个子集。

官方认定的 32 位和 64 位 ARM 架构的名称分别是 AArch32 和 AArch64。这里的 AArch 字符串代表 “Arm 架构Arm Architecture”。这些是 CPU 执行指令时可切换的模式

实际符合 ARM 的 CPU ISA 的指令规范被命名为 ARMvX,其中 X 是规范版本的代表数字。目前为止,已经有九个主要的规范版本。规范 ARMv1 到 ARMv7 定义了适用于 32 位 CPU 的架构,而 ARMv8 和 ARMv9 是适用于 64 位 ARM CPU 的规范。(更多信息在此

💡 每个 ARM CPU 规范又有进一步的子规范。例如 ARMv8,我们有 ARMv8-R、ARMv8-A、ARMv8.1-A、ARMv8.2-A、ARMv8.3-A、ARMv8.4-A、ARMv8.5-A、ARMv8.6-A、ARMv8.7-A、ARMv8.8-A 和 ARMv8.9-A。 其中 -A 表示“应用核心”,-R 表示“实时核心”。

你可能会觉得困惑,为什么在 AArch64 正式被 ARM 认定为 64 位 ARM 架构后,有些人仍然称其为 arm64。原因主要有两点:

  1. arm64 这个名称在 ARM 决定采用 AArch64 之前就已经广为人知了。(ARM 的一些官方文档也将 64 位的 ARM 架构称为 arm64…… 😬)
  2. Linus Torvalds 对 AArch64 因此,Linux 的代码库主要将 AArch64 称为 arm64。然而,当你在系统中运行 uname -m 时,输出仍然是 aarch64

因此,对于 32 位 ARM CPU,你应该寻找 AArch32 这个字符串,但有时也可能是 arm 或 armv7。相似的,对于 64 位 ARM CPU,你应该找 AArch64 这个字符串,但有时也可能会是 arm64ARMv8 或 ARMv9

RISC-V

RISC-V 是 CPU 指令集架构(ISA)的一个开源规范。**但这并不意味着 CPU 自身是开源的!**这有点像以太网的情况。以太网规范是开源的,但你需付费购买网线、路由器和交换器。同样,RISC-V CPU 也要花钱购买。 😃

尽管如此,这并没有阻止人们创建并在开源许可下提供免费获取(设计上的获取,并非物理核心/SoC)的 RISC-V 核心。这是其中的一项尝试

💡 总结一下:如果你在寻找运行于 RISC-V 消费级 CPU 上的软件,你应该寻找 “rv64gc” 这一字符串。这是许多 Linux 发行版所公认的。

像所有 CPU 架构一样,RISC-V 拥有 32 位和 64 位 CPU 架构。但由于 RISC-V 是非常新的描述 CPU ISA 的方式,大部分主流消费端或客户端的 CPU 核心一般都是 64 位的。大部分 32 位的设计都是微控制器,用于非常具体的用例。

它们的区别在于 CPU 的扩展。被称为 RISC-V CPU 的最低要求即实现“基本整数指令集Base Integer Instruction Set”(rv64i)。

下表列出了一些扩展及其描述:

扩展名称

描述

rv64i

64 位基本整数指令集(必须的

m

乘法和除法指令

a

原子指令

f

单精度浮点指令

d

双精度浮点指令

g

别名;一组运行通用操作系统所需的扩展集(包括 imafd

c

压缩指令

在 rv64i 这一字符串中,rv 表示 RISC-V,64 指的是 64 位 CPU 架构,而 i 指的是强制性的基本整数指令集扩展。 rv64i 之所以是一体的,因为即使 i 被认为是一种“扩展”,但它是必须的

约定俗成的,扩展名称按上述特定顺序排列。因此,rv64g 展开为 rv64imafd,而不是 rv64adfim

💡 还有其他一些像 Zicsr 和 Zifencei 这样的扩展,它们位于 d 和 g 扩展之间,但我故意不列出,以避免令你感到害怕。

因此,严格说来,(在写这篇文章的时候)rv64g 实际上是 rv64imafdZicsrZifencei恶魔般的笑声

PowerPC

PowerPC 曾是苹果、IBM 以及,摩托罗拉早期合作时代的一种流行 CPU 架构。在苹果转向英特尔的 x86 架构之前,它一直被应用于苹果的全部消费品产品线。

最初,PowerPC 采取的是大端字节序的内存排序。后来随着 64 位架构的引入,增加了使用小端字节排序的选项。这么做的目的是为了与英特尔的内存排序保持兼容(以防止软件错误),因为英特尔自始至终都一直采用的是小端字节序。有关字节序的更多内容,我可以唠叨很久,不过你可以通过阅读 这篇 Mozilla 的文档 来了解更多。

由于字节序在此也起到了一定的作用,PowerPC 共有三种架构:

  • powerpc:表示 32 位的 PowerPC 架构。
  • ppc64:表示拥有大端字节序内存排序的 64 位 PowerPC 架构。
  • ppc64le:表示拥有小端字节序内存排序的 64 位 PowerPC 架构。

目前,ppc64le 是被广泛使用的架构

结论

市面上有各种各样的 CPU 架构。对于每一种架构,都有 32 位和 64 位的子集。在现有的 CPU 中,我们可以找到 x86、ARM、RISC-V 和 PowerPC 等架构。

其中,x86 是最广泛和易于获取的 CPU 架构,因为英特尔和 AMD 都采取了这种架构。此外,ARM 提供的产品几乎在手机和易于获取的单板计算机中被独占使用。

RISC-V 正在努力使硬件更广泛地被使用。我就有一款带有 RISC-V CPU 的单板计算机。 😉

而 PowerPC 主要用于服务器,至少当前如此。

责任编辑:庞桂玉 来源: Linux中国
相关推荐

2014-03-14 09:58:49

服务器ARMx86

2009-06-25 09:03:42

Linux

2021-06-07 15:20:22

Linux X861MB内存BIOS

2011-08-15 14:13:05

x86小型机

2009-06-12 09:10:35

Windows 7微软下载

2020-09-25 08:19:51

SecOps vs D

2011-12-01 11:09:48

AMDx86服务器英特尔

2014-10-10 14:18:58

2011-08-24 15:55:04

2017-07-31 08:20:03

AMD ThreadrIntelCore X

2022-06-09 12:45:42

WWDC苹果MacOS 13

2011-08-16 11:28:43

x86小型机服务器

2023-02-22 09:53:55

架构芯片

2013-03-19 10:27:43

服务器选型x86小型机

2013-03-08 10:36:25

XEN虚拟机 CentOS 5.8

2019-08-27 11:18:37

云计算云存储云备份

2012-10-30 13:43:52

AMDx86ARM架构

2020-03-03 14:10:08

云网络云计算

2020-05-06 14:19:53

大数据数据科学机器学习

2021-03-09 00:05:40

服务器GiteaGogs
点赞
收藏

51CTO技术栈公众号