X86和ARM架构的CPU

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X86和ARM架构的CPU

CISC(complex instruction set computer,复杂指令集计算机)和RISC(reduced instruction set computer,精简指令集计算机)是当前CPU的两种架构。它们的区别是对CPU设计理念和方法,虽然都是在体系结构、操作运行、软件硬件、编译时间等诸多因素中做出某种平衡,以求达到高效的目的,但因采用的方法不同导致在很多方面差异很大。X86架构采用CISC,而ARM采用RISC。

X86架构和ARM架构是主流的两种CPU架构,X86架构的CPU是PC服务器行业的老大,ARM架构的CPU则是移动端的老大。X86架构和arm架构实际上就是CISC与RISC之间的区别。

什么是X86架构

Intel 在1978年推出了X86,是当时最先开发制造的一种微处理器体系的结构。目前的PC架构绝大多数都是基于X86,也因此让 Intel 在整个CPU产业链上统治了数十年。

X86是一种微处理器指令集架构,以增加处理器本身复杂度作为代价,去换取更高的性能,增加了功耗和设计难度。

什么是ARM架构

ARM成立于1991年,是全球领先的半导体知识产权提供商(ARM Holdings)。采用将芯片的设计方案授权给其他硬件制造商,该方式使它在全球上有了上百个合作伙伴:高通、华为、联发科、飞思卡尔、TI等。

相较于X86架构处理器,ARM架构则大幅简化架构,仅保留所需要的指令。虽在最初的PC架构中败给 Intel 主导的X86架构,但低成本、高性能和低功耗的特性,让它在移动市场和嵌入式系统上比X86更具优势。

二者区别

X86 是服务器市场的主流架构,而ARM是目前最普及的移动电子设计方案的架构。几乎所有智能手机以及其他小型移动设备和笔记本电脑都采用ARM架构。

本质不同:

X86采用CISC复杂指令集计算机,而ARM采用的是RISC精简指令集计算机。

性能追求不同:

X86主要追求性能,但会导致功耗大,不节能,而ARM则是追求节能,低功耗,但和X86相比性能较差。

X86架构比ARM架构的系统在性能方面要强得多。X86追求的是性能,而ARM架构的处理器则致力于实现成本与更小尺寸、更低功耗、更长电池使用时间之间的平衡,以能效为目标。

兼容性:

X86架构比ARM架构的系统在兼容性方面要好得多。X86由微软及Intel构建的Wintel联盟垄断了个人电脑操作系统近30年,在硬件和软件开发方面已经形成统一的标准。
ARM系统几乎都采用Linux操作系统,而且大部分的硬件系统都要单独构建,与其他系统不能兼容,这一点严重制约了ARM系统的发展和应用。在2007年Google开发了Android系统,并统一了ARM架构的操作系统,以及Apple公司的助力(基于ARM的M1、M2),为ARM的发展提供了强大的支持。

ARM主要应用于移动终端之中,类如手机,平板等,而X86则是主要应用于Intel,AMD等PC机,X86服务器中。

扩展性:

X86 架构的电脑采用“桥”的方式与扩展设备(如:硬盘、内存等)进行连接,由于X86架构统治了PC机近30年,其配套扩展的设备种类多,所以很容易进行扩展,如增加内存、硬盘等。
ARM 架构的电脑是通过专用的数据接口使CPU与数据存储设备进行连接,所以ARM的存储、内存等不容易扩展。

自由性:

Intel 采用一个全封闭式的商业模式,从头到尾控制其整个设计和生产,并直接销售芯片。将其架构、CPU设计甚至制造完全保持在内部,利用垄断获取更大的利益。

ARM 是一个开放式的商业模式,自己并不生产处理器,而是将芯片的设计方案授权给其他硬件制造商,制造商可以根据市场需求修改和生产。这也是为什么ARM拥有众多拥护者的主要原因,华为、苹果、三星、英伟达、高通等都是ARM的代表。

CISC与RISC的不同

  CISC是复杂指令集CPU,指令较多,因此使得CPU电路设计复杂,功耗大,但是对应编译器的设计简单。

  RISC的精简指令集CPU,指令较少,功耗比较小,但编译器设计很复杂,它的关键在与流水线操作能在一个时钟周期完成多条指令。

X86和ARM架构的CPU

X86 VS ARM

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。x86泛指一系列基于Intel 8086且向后兼容的中央处理器指令集架构。

Intel在早期以80x86这样的数字格式来命名处理器,包括Intel 8086、80186、80286、80386以及80486,由于以“86”作为结尾,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,如奔腾(Pentium)、酷睿(Core)、锐龙(Ryzen,AMD推出)。

​ x86的32位架构一般又被称作IA-32,全名为“Intel Architecture, 32-bit”。其64位架构由AMD率先推出,并被称为“AMD64”。之后也被Intel采用,被其称为“Intel 64”。一般也被称作“x86-64”、“x64”。

值得注意的是,Intel也推出过IA-64架构,虽然名字上与“IA-32”相似,但两者完全不兼容,并不属于x86指令集架构家族。广义的x86架构, 泛指支持x86和x64架构的intel, amd的cpu, 但不包含ia64(安腾)

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X86和ARM架构的CPU

ARM架构,曾称进阶精简指令集机器(Advanced RISC Machine)更早称作Acorn RISC Machine,是一个32位精简指令集(RISC)处理器架构。还有基于ARM设计的派生产品,重要产品包括Marvell的XScale架构和德州仪器的OMAP系列。

ARM家族占比所有32位嵌入式处理器的75%,成为占全世界最多数的32位架构。

ARM处理器广泛使用在嵌入式系统设计,低耗电节能,非常适用移动通讯领域。消费性电子产品,例如可携式装置(PDA、移动电话、多媒体播放器、掌上型电子游戏,和计算机),电脑外设(硬盘、桌上型路由器),甚至导弹的弹载计算机等军用设施。

在数据中心需求增长的趋势下,核心芯片的角逐越演越烈。ARM已经进军服务器市场,ARM单核的面积仅为 X86 核的 1/7,同样芯片尺寸下可以继承更多核心数。通过“堆核”的方式,使得ARM架构处理器在性能快速提升下,也能保持较低的功耗。根据Ampere给出的数据,其CPU的性能超越传统x86处理器3倍,性能功耗比领先近4倍。与 x86 服务器CPU相比,Ampere Altra 系列可用50%的能耗,提供200%的性能。

近年来,ARM架构的的兴起下,许多巨头纷纷开始自研ARM架构的服务器芯片,包括国外的亚马逊、谷歌甚至微软,国内的腾讯、阿里巴巴、华为等等都积极参与其中。

曾经失败的高通似乎也在尝试再次进军服务器芯片市场,去年收购了芯片创业公司Nuvia,而Nuvia创立的目标是打造高性能的ARM服务器芯片。

ARM的服务器芯片有三大目标市场即云计算、HPC和边缘计算。

MySQL该使用哪种CPU架构服务器?

  • 如果使用RDS MySQL,在满足性能的前提下(读写差不多或读多写少),从性价比上选择,首选 ARM 架构的实例;要是写的压力比较大(写远高于读),首选X86架构的实例。
  • 如果使用自建MySQL,首选X86架构的实例(在CPU主频区别不大的情况下)。

参考

https://mp.weixin.qq.com/s/qaXklsUo194tn33QpOj-cg

https://mp.weixin.qq.com/s/d80FJnsgF_pUhogVAn5FPQ

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