四大主流芯片架构及其主要优势！

“在“算力时代”，数字经济蓬勃发展下数据量呈现爆发式增长，数据价值凸显，从数据的产生到数据的传输、再到计算、处理，都离不开计算芯片，影响着计算芯片的芯片架构到底是什么？有什么作用？今天我们来说说信息技术中很重要的一个名词：芯片架构。

 

 

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芯片架构是什么？

芯片架构是指对芯片的类别和属性的描述。架构一词还和语境有关，提到soc时，一般指嵌入式处理核心的类型。提到X86和ARM时，指的是指令集。

 

 

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架构对芯片有什么作用？

芯片架构是芯片设计中的核心环节，对芯片的重要影响有：

 

 

1、芯片架构的设计直接决定了芯片能够执行什么样的功能、处理速度和效率；

 

2、不同的芯片架构在实现相同功能时，所需要的硬件复杂程度、制造成本、功耗等方面都有所不同；

 

3、芯片架构的设计也决定了芯片与外部组件之间的连接方式，包括通信接口、数据传输速度等。

 

 

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主流的芯片架构有哪些？

目前，全球主流的芯片架构类型包括ARM架构、X86架构、MIPS架构、RISC-V架构。这些架构在性能、功耗、智能化等方面各有优势和特色，为各种应用场景提供了广阔的选择空间。

主流架构1：ARM架构

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ARM是高级精简指令集的简称，是一个32位的精简指令集处理器架构。其架构图如下：

 

 

架构优势

①体积小、低功耗、低成本、高性能——主要应用于嵌入式系统设计领域，尤其适合移动通讯领域的需求。ARM被广泛应用在嵌入式系统中的最重要的原因：支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好的兼容8位/16位器件；
②大量使用寄存器，指令执行速度更快；

 

③寻址方式灵活简单，执行效率高；

 

④Load_store结构：在RISC中，所有的计算都要求在寄存器中完成。而寄存器和内存的通信则由单独的指令来完成。而在CSIC中，CPU是可以直接对内存进行操作的。

主流架构2：X86架构

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X86架构（The X86 architecture）是微处理器执行的计算机语言指令集，指一个intel通用计算机系列的标准编号缩写，也标识一套通用的计算机指令集合。其PC架构如下图所示：

 

 

架构优势

①兼容性强：X86架构的兼容性极强，几乎所有基于X86架构的电脑都可以运行同样的指令，这使得X86架构的电脑在软件兼容性方面具有优势。

 

②性能稳定：X86架构的电脑在运行速度和稳定性方面表现较好，能够满足大部分用户的需求。

 

③广泛支持：X86架构的电脑得到了众多软件开发商的支持，拥有大量的软件资源，用户可以轻松找到适合自己需求的软件。

 

④成熟的生态系统：X86架构的电脑拥有成熟的生态系统，包括操作系统、应用软件、硬件驱动等，为用户提供了全方位的支持和服务。

 

主流架构3：MIPS架构

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MIPS架构是一种采取精简指令集（RISC）的处理器架构，1981年出现，由MIPS科技公司开发并授权，它是基于一种固定长度的定期编码指令集，并采用导入/存储（Load/Store）数据模型。经改进，这种架构可支持高级语言的优化执行。其算术和逻辑运算采用三个操作数的形式，允许编译器优化复杂的表达式。

架构优势

①支持64bit指令和操作

 

②有专门的除法器，可以执行除法指令

 

③MIPS的内核寄存器更多，功耗更低，更灵活

主流架构4：RISC-V架构

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RISC-V是一个基于精简指令集计算（RISC）架构的开放式指令集（ISA）。

 

 

架构优势

①开放性强：RISC-V是一个开放标准，任何人都可以自由使用和实现它，这使得RISC-V在开发者之间具有很高的互操作性，有助于推动计算机技术的发展。

 

②高度简洁和灵活：RISC-V指令集非常简洁，具有高度的可编程性和灵活性，这使得它容易学习、理解和实现。

 

③可扩展性强：RISC-V的指令集具有可扩展性，可以通过添加新的扩展指令集，从而实现更多的功能和性能提升。

 

④应用范围广：RISC-V适用于各种硬件和软件场景，有大量的开源实现和流片案例，得到了广泛的支持和应用。

 

 

小结

 

在历史的长河中，芯片架构一直被两大阵营所垄断，一个是X86架构，另一个是ARM架构，也是目前市场份额最大的两大架构。近年来，中国芯片架构屡屡取得重要突破，比如华为的达芬奇架构；相信在不久的将来，国产化芯片产业将更加欣欣向荣！