企業(yè)網(wǎng)D1Net  4月3日  提到CPU，大家一定對此不陌生，比如奔四、速龍、酷睿、至強(qiáng)等等都是代表著特定型號的CPU。在我們購買電腦、智能手機(jī)時都會關(guān)心設(shè)備采用的是什么型號的CPU，是Intel還是AMD的，是單核的還是多核的等等。CPU就像是電子設(shè)備的大腦，主要功能是進(jìn)行運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，任何電子設(shè)備都需要有CPU。雖然我們熟知CPU概念，但對其深入了解的卻少之后少，尤其我們平時接觸更多的都是家用設(shè)備，實際上CPU在任何一個信息領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，尤其是數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域。我們對于數(shù)據(jù)中心設(shè)備的CPU恐怕知道的很少了。其實CPU技術(shù)也在不斷地發(fā)展，從1971年，世界上第一塊微處理器誕生，到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展了40余年。

實際上，經(jīng)過這么多年的發(fā)展，CPU只有兩種硬件架構(gòu)：RISC和CISC。CISC是早期CPU的架構(gòu)，它的設(shè)計目的是要用最少的機(jī)器語言指令來完成所需的計算任務(wù)。而RISC要求軟件來制定各個操作步驟，這種架構(gòu)可以降低CPU的復(fù)雜性以及允許在同樣的工藝水平下生產(chǎn)出功能更強(qiáng)大的CPU，但對于編譯器的設(shè)計有更高的要求。除此之外，Intel還提出EPIC架構(gòu)，此架構(gòu)源于超長指令集字，將多條指令放入一個指令字中，以提高處理器各個計算部件的使用效率，從而提高執(zhí)行程序的性能，這種架構(gòu)特別適用于Windows操作系統(tǒng)上，在Unix/Linux一統(tǒng)天下的數(shù)據(jù)中心世界里，很難看到EPIC的身影。

我們可以根據(jù)CPU的內(nèi)核來講CPU分為五大體系結(jié)構(gòu)：X86、PowerPC、MIPS、ARM、68K。CPU內(nèi)核是一個設(shè)計技術(shù)，并不是一個芯片，不同內(nèi)核在寄存器、指令集、異常處理、地址映射和內(nèi)存管理、加載和運(yùn)行模式等諸多方面都存在很大差異。數(shù)據(jù)中心設(shè)備里采用嵌入式處理器內(nèi)核的居多，嵌入式CPU一般追求高速度、低功耗、易于集成，外圍接口豐富等特點。在數(shù)據(jù)中心里，服務(wù)器普遍采用的是X86內(nèi)核的CPU，而網(wǎng)絡(luò)設(shè)備更多是采用MIPS內(nèi)核的CPU。下面的表1列出了幾種內(nèi)核的對比特點。

表1：主流CPU介紹

X86是CISC架構(gòu)的典型代表，也是Intel公司至今為止最得意之作。X86開啟了微型計算機(jī)時代，現(xiàn)在在X86領(lǐng)域，Intel和后來者AMD激戰(zhàn)正酣，X86被廣泛應(yīng)用于桌面、服務(wù)器、便攜式電腦、超級計算機(jī)等，我們?nèi)粘Ｊ熘募矣秒娔X都是采用的X86架構(gòu)的CPU，近些年X86技術(shù)也在不斷完善，也出現(xiàn)了采用RISC的技術(shù)，支持多核、64位計算等新技術(shù)。多核雖然計算能力大大增強(qiáng)，但是卻將系統(tǒng)的復(fù)雜度按照幾何倍數(shù)在增加，所以也不是多核的一定就好，隨著多核技術(shù)的不斷完善，才會慢慢地完全替代掉單核技術(shù)。

Power PC是由Apple、IBM和Motorola三家計算機(jī)及半導(dǎo)體公司于1991年聯(lián)盟開發(fā)的新型多功能CPU，其實現(xiàn)技術(shù)在很大程度上依賴于RISC特性，同時以定長指令裝入存儲體系結(jié)構(gòu)及大量的通用和專用寄存器為特征，融合了指令處理的流水線實現(xiàn)技術(shù)，為增加指令處理的吞吐量開辟了多個獨立執(zhí)行單元，在分支處理上借助于條件寄存器形成一套獨特的分支處理機(jī)制等多項技術(shù)。Power PC在高速與低功耗之間作了妥協(xié)，并集成了極度豐富的外圍電路接口，Power PC更多的是被應(yīng)用于嵌入式領(lǐng)域，成為通信領(lǐng)域用的最廣泛的的CPU內(nèi)核，衍生出了諸多芯片產(chǎn)品。

MIPS是世界上很流行的一種RISC處理器，MIPS的意思是“無內(nèi)部互鎖流水級的微處理器”，其機(jī)制是盡量利用軟件辦法避免流水線中的數(shù)據(jù)相關(guān)問題，它最早是在80年代初由斯坦福大學(xué)研制出來的，MIPS目前已經(jīng)進(jìn)入了64位運(yùn)算時代，多核技術(shù)也已經(jīng)普及，MIPS被很多網(wǎng)絡(luò)設(shè)備公司采用，用于數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中。

ARM是Advanced RISC Machine的縮寫，具有低功耗，支持Javabyte，基于ARM內(nèi)核的處理器是消費類電子市場中占有量第一的CPU，在數(shù)據(jù)中心、無線局域網(wǎng)、3G、手機(jī)終端、手持設(shè)備、有線網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備中都有廣泛應(yīng)用。ARM內(nèi)核的設(shè)計技術(shù)被指授權(quán)給數(shù)百家的半導(dǎo)體廠家，做成不同的芯片。

數(shù)據(jù)中心里的服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、存儲等設(shè)備幾乎涵蓋了這幾種主流CPU內(nèi)核，這些產(chǎn)品在軟件設(shè)計時通常采用C、C++、Jave等高級語言，這些語言基本上可以兼容不同類型的內(nèi)核，除了一些數(shù)量的特定寄存器設(shè)置。這些采用不同內(nèi)核的產(chǎn)品對于軟件開發(fā)者來說，沒有明顯的差異，只有如單核多核的處理，如果是單核當(dāng)然不用考慮，如果是多核則軟件開發(fā)者需要考慮這些功能在多核上的分配。還有采用Linux開發(fā)環(huán)境時，還要考慮內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)的區(qū)別使用，多線程和多核之間的區(qū)別對待，16位、32位甚至64位架構(gòu)的不同將涉及到諸多變量的定義。涉及到產(chǎn)品的具體功能設(shè)計時，則不同內(nèi)核在設(shè)計時區(qū)別就不大了，這些高級的軟件設(shè)計語言就可以兼容不同的內(nèi)核了。

通過上面的介紹，您一定對于CPU有了更深的了解，尤其是數(shù)據(jù)中心里設(shè)備百花八門，掌握不同設(shè)備的CPU內(nèi)核工作特點，將非常有助于日常的運(yùn)營與維護(hù)，我們在平時購買智能手機(jī)、平板電腦都非常關(guān)注CPU的參數(shù)，對于數(shù)據(jù)中心更是如此。在數(shù)據(jù)中心進(jìn)行設(shè)備采購時，設(shè)備采用何種CPU內(nèi)核，工作方式如何將在一定程度決定著這款設(shè)備的工作能力。所以CPU應(yīng)該作為我們在采購任何電子設(shè)備時，需要關(guān)注的最重要技術(shù)參數(shù)之一。