RICS-V和ARM与X86三种芯片架构分析
早在10多年前,我们对芯片的理解是停留在IT时代,当时候主要是计算机的发展带来的芯片的发展,到了最近10年的发展,越来越多的设备开始有芯片,有操作系统,有数据存储。特别智能手机的出现,带动了移动设备的快速发展,而芯片就是在这个时候迅猛发展的。
那么什么是X86,是英特尔创造的,性能非常好,特别适用于电脑和笔记本,能够高效运行各种软件和执行各种指令Arm当时是被英特尔压制,当移动互联网快速到来的时候,ARM架构机会来了,移动设备体积小,电池是自带的,不能够外界电源,要求设备续航能力很强,刚好ARM架构就满足了这一个条件。
手机,平板,POS机,,还包括穿戴的手表手环芯片,都是用ARM架构做的,主要原因就是续航能力很强。
ARM在随着移动互联网大放异彩。那么Risc-V又是怎么回事呢?
RISC-V基金会于2015年由硅谷相关公司发起并成立,至今已有150多个企业或单位加入,包括谷歌、华为、英伟达、高通、麻省理工学院、普林顿大学、印度理工大学、中科院计算所等。目前RISC-V由基金会统一维护。
美国国防高级研究计划局(DAPRA)已连续多年通过专项方式支持RISC-V指令集的研究和实用化。2017年,印度政府大力资助基于RISC-V的处理器项目,RISC-V成为印度的事实国家指令集。
为啥中国特别重视Rise-V的研发呢?
其实主要是RISC-V是开放开源的,还有几个优点
1、RISC-V是后发技术,能总结前人经验,所以代码更简洁。
2、RISC-V是开源,授权费用低很多,没有专利困扰,也不用担心被美国卡脖子。
3、RISC-V是没有后面
4、RISC-V不需要向后兼容,因为是新出来的,不需要向X86一样兼容第一代第二代之类的问题。
5、RICS-V功耗更低,体积更小
从技术角度来说,RICS-V具备:成本、性能、简洁性、架构和具体实现分离、增长空间、程序大小,以及易于编程/编译/链接。相对于传统的x86和Arm架构,RISC-V具有三个优势, 即精简、模块化和可扩展性。
架构图对比
严格来说RISC-V也是ARM架构的一种,整个架构类似,反而和X86架构有很大区别,引用一下别人的总结
ARM架构图
下图所示的是ARM构架图。它由32位ALU、若干个32位通用寄存器以及状态寄存器、32&TImes;8位乘法器、32&TImes;32位桶形移位寄存器、指令译码以及控制逻辑、指令流水线和数据/地址寄存器组成。
1、ALU:它有两个操作数锁存器、加法器、逻辑功能、结果以及零检测逻辑构成。
2、桶形移位寄存器:ARM采用了32&TImes;32位的桶形移位寄存器,这样可以使在左移/右移n位、环移n位和算术右移n位等都可以一次完成。
3、高速乘法器:乘法器一般采用“加一移位”的方法来实现乘法。ARM为了提高运算速度,则采用两位乘法的方法,根据乘数的2位来实现“加一移位”运算;ARM高速乘法器采用32&TImes;8位的结构,这样,可以降低集成度(其相应芯片面积不到并行乘法器的1/3)。
4、浮点部件:浮点部件是作为选件供ARM构架使用。FPA10浮点加速器是作为协处理方式与ARM相连,并通过协处理指令的解释来执行。
5、控制器:ARM的控制器采用的是硬接线的可编程逻辑阵列PLA。
6、寄存器
当然,这个架构图并不是所有的都是如此,根据不同的主板,平台,架构是略有差别的比如说,目前很多主板已经将北桥集成到CPU当中,将南桥集成为PCH,但大致的框架还是如此的。下面对这个架构图上的各个内容分别进行一些简介:
1:CPU,大家都不陌生的名词,中央处理器,计算机的核心大脑。
2:北桥(North Bridge Chipset):北桥是电脑主板上的一块芯片,位于CPU插座边,起连接作用。
3:南桥芯片(South Bridge)是主板芯片组的重要组成部分,一般位于主板上离CPU插槽较远的下方,PCI插槽的附近,这种布局是考虑到它所连接的I/O总线较多,离处理器远一点有利于布线。
4:内存是计算机中重要的部件之一,它是与CPU进行沟通的桥梁。计算机中所有程序的运行都是在内存中进行的,因此内存的性能对计算机的影响非常大。
5:显卡(Video card,Graphics card)全称显示接口卡,又称显示适配器,是计算机最基本配置、最重要的配件之一。
6:显示j接口
7:网卡是工作在链路层的网络组件,是局域网中连接计算机和传输介质的接口,不仅能实现与局域网传输介质之间的物理连接和电信号匹配,还涉及帧的发送与接收、帧的封装与拆封、介质访问控制、数据的编码与解码以及数据缓存的功能等。
8:声卡的基本功能是把来自话筒、磁带、光盘的原始声音信号加以转换,输出到耳机、扬声器、扩音机、录音机等声响设备,或通过音乐设备数字接口(MIDI)使乐器发出美妙的声音。
9:SATA(Serial Advanced Technology Attachment,串行高级技术附件)是一种基于行业标准的串行硬件驱动器接口,是由Intel、IBM、Dell、APT、Maxtor和Seagate公司共同提出的硬盘接口规范。
10:硬盘是电脑主要的存储媒介之一,由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成。碟片外覆盖有铁磁性材料。
11:总线
生态体系比较
ARM在中国影响力巨大。在芯片处理器内核方面,由于中国长期缺乏自主的通用处理器内核,几乎都是购买国外的ARM处理器内核,形成了习惯。RISC-V在中国的传播相比别的国家显得非常缓慢。
ARM和X86都有丰富而成熟的生态体系。这个是RICS-V最弱的地方,但物联网互联万物时代的到来,会给它带来充沛的生命力。
总而言之,X86是PC时代,带电源的设备用的架构,ARM是有钱单位用的移动设备芯片架构,RICS-V是新一代移动硬件设备的芯片架构,但RICS-V是刚刚开始,是个婴儿,要长成巨人还要一大段时间。
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