Inhaltsverzeichnis
Einführung
Computerprozessoren sind die Kernmotoren des digitalen Zeitalters, und unter den vielen Prozessorarchitekturen sind ARM und x86 die drei, die viel Aufmerksamkeit erregt haben. In diesem Artikel werden Sie diese drei Architekturen eingehend erkunden und ihre Merkmale, den Unternehmenshintergrund und die Anwendungsbereiche vorstellen. Lassen Sie uns gemeinsam das Geheimnis der Computerprozessoren lüften!
ARM-Architektur
ARM (Advanced RISC Machines) ist eine Computer-Befehlssatzarchitektur (ISA) und eine Reihe von Prozessorkernen, die auf dieser Architektur basieren.
Der Ursprung von ARM und seine eigentliche Bedeutung: ARM wurde ursprünglich von der britischen Firma Acorn Computers entwickelt, um eine Prozessorarchitektur mit geringem Stromverbrauch und hoher Leistung zu entwerfen.
Der Hintergrund und die Rolle von ARM Ltd.: ARM Ltd. ist ein in Großbritannien ansässiges Unternehmen, das hauptsächlich das Design der ARM-Architektur entwickelt und lizenziert. Einige Kerne werden häufig in mobilen Geräten, eingebetteten Geräten und Geräten für das Internet der Dinge (IoT) verwendet. .
Vorteile und Anwendungsbereiche der ARM-Architektur: Die ARM-Architektur bietet die Vorteile hoher Energieeffizienz, geringer Kosten und starker Anpassungsfähigkeit und eignet sich für mobile Geräte, eingebettete Geräte und das Internet der Dinge.
Typische Anwendungen eingebetteter ARM-Geräte: Prozessoren mit ARM-Architektur werden häufig in verschiedenen eingebetteten Systemen wie Smartphones, Tablets, Smartwatches und Geräten für das Internet der Dinge eingesetzt.
x86-Architektur
x86 ist eine gemeinsame Computer-Befehlssatzarchitektur (ISA) und eine gemeinsame Prozessorarchitektur.
Der Ursprung und die Entwicklungsgeschichte der x86-Architektur: Der x86-Befehlssatz wurde erstmals 1978 von Intel auf den Markt gebracht und seitdem kontinuierlich weiterentwickelt und verbessert.
Repräsentative Hersteller von x86-Prozessoren: Intel und AMD: Intel und AMD sind die beiden größten Hersteller von x86-Prozessorarchitekturen. Sie konkurrieren hart und bringen kontinuierlich innovative Prozessorprodukte auf den Markt.
Merkmale und Vorteile der x86-Architektur: Die x86-Architektur ist stark kompatibel, unterstützt komplexe Befehlssätze und eine breite Palette von Software-Ökosystemen und eignet sich für Personalcomputer und Server.
Breite Anwendung von x86-Prozessoren in Personalcomputern und Servern: Prozessoren mit x86-Architektur werden häufig in Personalcomputern, Servern, Workstations und anderen Bereichen eingesetzt und bieten leistungsstarke Rechenfunktionen für verschiedene Anwendungen.
AMD
AMD (Advanced Micro Devices) ist ein amerikanisches Halbleiterunternehmen, das 1969 gegründet wurde.
AMDs Entwicklungsgeschichte und Unternehmenshintergrund: AMD wurde 1969 gegründet. Das Unternehmen war ursprünglich ein Hersteller integrierter Halbleiterschaltkreise und konzentrierte sich später auf die Entwicklung, Herstellung und den Vertrieb von Prozessoren, Grafikprozessoren (GPUs), Chipsätzen und eingebetteten Lösungen.
AMDs Wettbewerbsposition im Prozessorbereich: AMD ist nach Intel (Intel) der weltweit zweitgrößte Prozessorhersteller mit x86-Architektur und konkurriert hart mit Intel.
AMD Ryzen-Prozessorserie und ihre Leistung und Funktionen: Die von AMD eingeführten Ryzen-Prozessorserien haben aufgrund ihrer leistungsstarken Multi-Core-Leistung und ihres hervorragenden Preis-Leistungs-Verhältnisses große Aufmerksamkeit erregt und eignen sich für Hochleistungscomputer- und Gaming-Bereiche.
Anwendungen von AMD Radeon-Grafikkarten in Gaming und Computer Vision: AMDs Radeon-Grafikkarten werden häufig in Gaming, Virtual Reality und Computer Vision eingesetzt.
Vergleich und Anwendung
Vergleich der Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen ARM- und x86-Architektur: Die ARM-Architektur konzentriert sich auf geringen Stromverbrauch und eingebettete Systeme, während die x86-Architektur auf Leistung und ein breites Spektrum an Anwendungsfeldern ausgerichtet ist; ARM übernimmt ein Lizenzmodell, während die x86-Architektur von Intel und produziert wird AMD.
Vergleichs- und Auswahlhilfe für Anwendungsszenarien, die für verschiedene Architekturen geeignet sind: Wählen Sie die geeignete Prozessorarchitektur basierend auf Anwendungsanforderungen und Leistungsanforderungen. Beispielsweise kann die ARM-Architektur für mobile Geräte und eingebettete Bereiche ausgewählt werden, während die x86-Architektur für hohe Leistung in Betracht gezogen werden kann Computer und Spiele.
Ökosystem- und Softwareunterstützung für jede Architektur: Angesichts der Bedeutung der Ökosystem- und Softwareunterstützung kann die Wahl einer Prozessorarchitektur mit einer soliden ökologischen Umgebung und umfassender Softwareunterstützung zu einem besseren Entwicklungs- und Nutzungserlebnis führen.
Befehlssätze von Prozessoren unterschiedlicher Architektur
Ein Befehlssatz ist ein Satz von Anweisungen auf Maschinenebene, die von einer bestimmten Prozessorarchitektur unterstützt werden. Er definiert die verschiedenen Operationen und Ausführungsmethoden, die der Prozessor ausführen kann.
Der Befehlssatz bietet Entwicklern die Möglichkeit, Low-Level-Code zu schreiben, um eine direkte Steuerung und Bedienung des Prozessors zu erreichen. Durch die Verwendung verschiedener Befehlssätze können Entwickler spezifische Funktionen und Optimierungen der zugrunde liegenden Hardware nutzen, um die Prozessorleistung zu maximieren.
Analog zu einer API-Schnittstelle stellt der Befehlssatz eine Reihe von Betriebsanweisungen bereit, die von Entwicklern aufgerufen werden können, ähnlich wie eine API eine Reihe von Funktionen und Methoden bereitstellt, die von Entwicklern aufgerufen werden können. Über den Befehlssatz können Entwickler bestimmte CPU-Anweisungen verwenden, um bestimmte Rechenaufgaben auszuführen und so eine direkte Steuerung und Optimierung der zugrunde liegenden Hardware zu erreichen.
Es ist zu beachten, dass der Befehlssatz eng mit der Prozessorarchitektur zusammenhängt. Unterschiedliche Prozessorarchitekturen (wie x86, ARM usw.) verfügen über unterschiedliche Befehlssätze. Daher läuft Code, der mit einem bestimmten Befehlssatz geschrieben wurde, möglicherweise nicht direkt auf anderen Prozessorarchitekturen oder erfordert möglicherweise entsprechende Änderungen.
AVX (Advanced Vector Extensions), SSE (Streaming SIMD Extensions) und NEON sind allesamt SIMD-Befehlssätze (Single Instruction, Multiple Data), die zur Durchführung von Vektorisierungsoperationen zur Verbesserung der parallelen Rechenfähigkeiten verwendet werden. Hier sind die Unterschiede zwischen ihnen:
Architektur: AVX ist ein Befehlssatz, der von Intel-Prozessoren eingeführt wurde (x86-Architektur), und SSE ist der Vorgänger von AVX, das mehrere Versionen wie SSE, SSE2, SSE3, SSSE3 und SSE4 umfasst. NEON ist ein Befehlssatz, der von der ARM-Prozessorarchitektur eingeführt wurde.
Vektorbreite: Der AVX-Befehlssatz unterstützt 256-Bit-Vektorregister, während die neueste Version des SSE-Befehlssatzes (SSE4.2) 128-Bit-Vektorregister unterstützt. Der NEON-Befehlssatz unterstützt 128-Bit-Vektorregister in 32-Bit-Prozessoren und 256-Bit-Vektorregister in 64-Bit-Prozessoren.
Befehlssatzerweiterung: AVX bietet eine umfassendere Befehlssatzerweiterung als SSE und führt mehr Befehle ein, um effizientere vektorisierte Berechnungen zu unterstützen. Der NEON-Befehlssatz bietet auch eine Reihe von Anweisungen für die eingebettete Multimedia-Verarbeitung.
Prozessorunterstützung: Der AVX-Befehlssatz wird hauptsächlich in Prozessoren mit x86-Architektur von Intel verwendet. Der SSE-Befehlssatz wurde ursprünglich zur Beschleunigung der Multimedia-Verarbeitung eingeführt und wird häufig in Prozessoren mit x86-Architektur verwendet. Der NEON-Befehlssatz wird hauptsächlich in der ARM-Prozessorarchitektur verwendet, insbesondere in mobilen Geräten und eingebetteten Systemen.
Es ist zu beachten, dass AVX, SSE und NEON zwar das gleiche Ziel haben, vektorisierte Anweisungen zur Beschleunigung von Berechnungen bereitzustellen, sie jedoch Unterschiede in der Syntax des Befehlssatzes, der Registergröße, der Anzahl der Anweisungen und der Funktionserweiterung aufweisen. Daher ist es während der Entwicklung erforderlich, den entsprechenden Befehlssatz entsprechend der Zielprozessorarchitektur auszuwählen und den spezifischen Befehlssatz entsprechend zu schreiben und zu optimieren.
NEON ist ein von ARM entwickelter SIMD-Befehlssatz (Single Instruction, Multiple Data). Es bietet vektorisierte Rechenfunktionen für Prozessoren mit ARM-Architektur und wird zur Beschleunigung rechenintensiver Aufgaben wie Multimedia-Verarbeitung, Bildverarbeitung und Signalverarbeitung in eingebetteten Systemen verwendet.
Der NEON-Befehlssatz weist die folgenden Eigenschaften auf:
Vektorbreite: Der NEON-Befehlssatz unterstützt unterschiedliche Vektorbreiten in verschiedenen ARM-Prozessoren. In 32-Bit-Prozessoren unterstützt NEON 128-Bit-Vektorregister. In 64-Bit-Prozessoren wie der ARMv8-Architektur unterstützt NEON eine größere Auswahl an 256-Bit-Vektorregistern.
Erweiterung des Befehlssatzes: Der NEON-Befehlssatz bietet einen umfangreichen Befehlssatz zur Unterstützung einer breiten Palette von Medien- und Signalverarbeitungsoperationen, einschließlich Addition, Multiplikation, Bitoperationen, Datenverschiebung und mehr. Diese Anweisungen ermöglichen es Entwicklern, effiziente parallele Rechen- und Vektorisierungsvorgänge durchzuführen und so die Rechenleistung zu verbessern.
Erweiterte Funktionen: Der NEON-Befehlssatz bietet auch einige erweiterte Funktionen, wie z. B. DMA-Anweisungen (Direct Memory Access) und Faltungsalgorithmus-Anweisungen, die zur weiteren Optimierung bestimmter Arten von Rechenaufgaben verwendet werden können.
Der NEON-Befehlssatz wird hauptsächlich in Prozessoren mit ARM-Architektur verwendet und ist weit verbreitet in mobilen Geräten (wie Smartphones, Tablets) und eingebetteten Systemen. Entwickler können den NEON-Befehlssatz verwenden, um vektorisierte Berechnungen und Optimierungen durchzuführen, um die Leistung und Energieeffizienz zu verbessern.
Bitte beachten Sie, dass für Prozessoren mit ARM-Architektur die Verwendung des NEON-Befehlssatzes zur Optimierung und vektorisierten Programmierung den Einsatz entsprechender Compiler und Toolketten sowie entsprechendes Schreiben und Optimieren von Code erfordert.
Abschluss
Durch die Einleitung dieses Artikels haben wir die beiden wichtigen Prozessorarchitekturen ARM und x86 kennengelernt. Sie spielen in verschiedenen Bereichen eine wichtige Rolle und treiben den kontinuierlichen Fortschritt der Computertechnologie voran. Bei der Auswahl der richtigen Prozessorarchitektur müssen wir Faktoren wie Anwendungsanforderungen, Leistungsanforderungen und Ökosystemunterstützung berücksichtigen. Ich wünsche den Lesern, dass sie in der Welt der Prozessoren die Architektur finden, die am besten zu ihnen passt!