处理器系列之X86微处理器体系结构

中央处理器，也称微处理器（CPU，Central Processing Unit），是微型计算机的运算和指挥控制控制中心。不同型号的微型计算机，其性能的差别首先在于其微处理器性能的不同，而微处理器性能又与其内部结构、组成有关。

 

CPU从存储器或高速缓冲存储器中取出指令，放入指令寄存器，并对指令译码。它把指令分解成一系列的微操作，然后发出各种控制命令，执行微操作系列，从而完成一条指令的执行。指令是计算机规定执行操作的类型和操作数的基本命令。指令是由一个字节或者多个字节组成，其中包括操作码字段、一个或多个有关操作数地址的字段以及一些表征机器状态的状态字以及特征码。有的指令中也直接包含操作数本身。

 

CPU依靠指令来计算和控制系统，每款CPU在设计时就规定了一系列与其硬件电路相配合的指令系统。指令的强弱也是CPU的重要指标，指令集是提高微处理器效率的最有效工具之一。

 

 

在计算机指令系统的优化发展过程中，出现过两个截然不同的优化方向：CISC技术和RISC技术。CISC是指复杂指令系统计算机(ComplexInstructionSetComputer)；RISC是指精减指令系统计算机（ReducedInstructionSetComputer)。这里的计算机指令系统指的是计算机的最低层的机器指令，也就是CPU能够直接识别的指令。随着计算机系统的复杂，要求计算机指令系统的构造能使计算机的整体性能更快更稳定。最初，人们采用的优化方法是通过设置一些功能复杂的指令，把一些原来由软件实现的、常用的功能改用硬件的指令系统实现，以此来提高计算机的执行速度，这种计算机系统就被称为复杂指令系统计算机，即ComplexInstructionSetComputer，简称CISC。另一种优化方法是在20世纪80年代才发展起来的，其基本思想是尽量简化计算机指令功能，只保留那些功能简单、能在一个节拍内执行完成的指令，而把较复杂的功能用一段子程序来实现，这种计算机系统就被称为精简指令系统计算机。即ReducedInstructionSetComputer，简称RISC。RISC技术的精华就是通过简化计算机指令功能，使指令的平均执行周期减少，从而提高计算机的工作主频，同时大量使用通用寄存器来提高子程序执行的速度。

 

CPU架构是CPU厂商给属于同一系列的CPU产品定的一个规范，主要目的是为了区分不同类型CPU的重要标示。我们日常使用的台式机，笔记本等采用X86架构的处理器，属于CISC范畴，而ARM架构的手机、平板等则属于RISC范畴。

 

由于CPU内部工作原理内容较多，比较复杂不宜学习并且对于选购CPU没有太大意义，本文主讲和CPU性能有关的参数内容。

 

x86或80x86是英特尔Intel首先开发制造的一种微处理器体系结构的泛称。该系列较早期的处理器名称是以数字来表示，并以“86”作为结尾，包括Intel 8086、80186、80286、80386以及80486，因此其架构被称为“x86”。由于数字并不能作为注册商标，因此Intel及其竞争者均在新一代处理器使用可注册的名称，如Pentium。现时Intel把x86-32称为IA-32，全名为“Intel Architecture, 32-bit”。

 

“X86”是Intel和其他几家公司处理器所支持的一组机器指令集，它大致确定了芯片的使用规范。从8086到80186、80286、80386、80486，再到后来的奔腾系列以及现在的多核技术，都是使用一脉相承的x86指令集，既不断扩展又向后兼容。

 

三十年前，英特尔发布了第一款16位微处理器—8086，当时的著名广告语是：“开启了一个时代”。而当8086的光环退去之后，其支撑架构—我们后来所熟知的x86也成为了最成功的业界技术标准之一。

 

在8086之后的30年间，x86家族横跨了桌面、服务器、便携式电脑，超级计算机等等。无数对手败在了它的脚下。

 

目前采用X86架构制造CPU的厂家有三个，INTEL、AMD和VIA，由于VIA制造的CPU性能市场占有率过小，在此忽略VIA的X86架构处理器。

 

移动版X86处理器和台式机CPU没有本质区别，外观上或许感觉差异较大，但这只是封装形式不同造成，其内部参数性能比较没有本质区别。

台式机CPU

 

 

X86的历史