现在真是一个IT技术大发展的时代，不断的有新概念出现，让人目不暇接，但到目前为止，不管什么硬件设备，CPU都是其核心。本文就带你了解CPU架构的历史和现状，以后装13时直接说架构。首先了解指令集架构。
目前已存的指令集架构有4种: 复杂指令集运算(Complex Instruction Set Computing，CISC);精简指令集运算(Reduced Instruction Set Computing，RISC) ;显式并行指令集运算(Explicitly Parallel Instruction Computing，EPIC);超长指令字指令集运算(VLIW)。基于VLIW研发的CPU架构主要用于早期的小型机，现在已基本消亡。而EPIC是Intel和HP从VLIW中发展出来的，目前好像只有Intel的IA-64架构下的纯64位微处理器的Itanium/Itanium 2采用EPIC。因此目前比较流行的指令集只剩下:CISC和RISC。
CISC
CISC在20世纪90年代前被广泛的使用，其特点是通过存放在只读存储器中的微码(microcode)来控制整个处理器的运行。早期的计算机部件比较昂贵，主频低，运算速度慢。为了提高运算速度，人们不得不将越来越多的复杂指令加入到指令系统中，以提高计算机的处理效率。随着需求的不断增加，设计的指令越来越多，为支持这些新增的指令并保持兼容以前的指令，计算的体系结构越来越复杂。然而，在CISC指令集的各种指令中，其使用频率却相差悬殊，大约有20%的指令会被反复使用，占整个程序代码的80%。而余下的80%的指令却不经常使用，在程序设计中只占20%。
为改变这种状况，1980年Patterson和Ditzel 两位学者完成了一篇题为《精简指令集计算机概述》的开创性论文，全面提出了精简指令集的设计思想，随后，柏克来大学的研究生依照此理论基础，设计出了第一颗精简指令集处理器RISC I，这颗处理器远比当时已经相当流行的CISC处理器简单的多，在设计上所花费的功夫也降低许多，但整体功能上的表现却与CISC处理器不相上下。从此处理器设计方向便分别向着这两个大的方向发展。基于指令集的CPU架构。
CISC:Intel和AMD的X86架构都是基于CISC，包括X86和X86-64。
RISC: 包括ARM架构、MIPS架构、IBM 的PowerPC架构、SUN 的 Ultra SPARC架构。
接下来依次认识以下这几个CPU架构:
X86架构:
1978年6月8日，Intel发布了新款16位微处理器“8086”，也同时开创了一个新时代:x86架构诞生了。依次x86 又叫 IA32，即 Intel Architecture 32(Intel32位架构)，不管是Intel生产的 x86 CPU，还是AMD或者VIA生产的，都是 IA32。，AMD推出了业界首款64位处理器Athlon 64，也带来了x86-64，即x86指令集的64位扩展超集，具备向下兼容的特点。为了和AMD展开竞争，Intel也在推出了自己的64位版x86，也就是EM64T。
在X86架构中，程序的各条指令是按顺序串行执行的，每条指令中的各个操作也是按顺序串行执行的。顺序执行的优点是控制简单，但计算机各部分的利用率不高，执行速度慢。
ARM架构:
ARM架构过去称作进阶精简指令集机器(Advanced RISC Machine，更早称作:Acorn RISC Machine)，是一个精简指令集(RISC)处理器架构，其广泛地使用在许多嵌入式系统设计。由于节能的特点，ARM处理器非常适用于移动通讯领域，符合其主要设计目标为低耗电的特性。在今日，ARM家族占了所有32位嵌入式处理器75%的比例，使它成为占全世界最多数的32位架构之一。
ARM处理器的主要特点是:体积小、低功耗、低成本、高性能;支持Thumb(16位)/ARM(32位)双指令集，能很好的兼容8位/16位器件;大量使用寄存器，指令执行速度更快;大多数数据操作都在寄存器中完成;寻址方式灵活简单，执行效率高;指令长度固定;Load_store结构;流水线处理方式。
MIPS架构:
无内部互锁流水级的微处理器(Microprocessor without interlocked piped stages architecture)，在1981年由MIPS科技公司开发并授权，广泛被使用在许多电子产品、网络设备、个人娱乐装置与商业装置上。最早的MIPS架构是32位，最新的版本已经变成64位。它的基本特点是:包含大量的寄存器、指令数和字符\可视的管道延时时隙。这些特性使MIPS架构能够提供最高的每平方毫米性能和当今SoC设计中最低的能耗。
2002年，中国科学院计算所开始研发龙芯处理器，就采用MIPS架构，但未经MIPS公司的授权，遭到侵权的控告。，中国科学院与MIPS公司达成和解，得到正式授权。中国龙芯2和前代产品采用的都是64位MIPS指令架构。
PowerPC架构:
增强RISC性能优化架构(Performance Optimization With Enhanced RISC – Performance Computing)。POWER是1991年，由Apple(苹果电脑)、IBM、Motorola(摩托罗拉)组成的AIM联盟所发展出的微处理器架构。PowerPC是整个AIM联盟平台的一部分，并且是到目前为止唯一的一部分。如苹果电脑自起，就将旗下电脑产品转用Intel CPU。PowerPC架构CPU主要被IBM用于其小型机上。
Ultra SPARC架构:
“可扩充处理器架构”(Scalable Processor ARChitecture)。它最早于1985年由Sun电脑所设计，也是SPARC国际公司的注册商标之一。SPARC国际授权了多家生产商采用，包括德州仪器、Cypress半导体、富士通等。由于SPARC架构也对外完全开放，因此也出现了完全开放原始码的LEON处理器，这款处理器以VHDL语言写成，并采用LGPL授权。Ultra SPARC架构也主要用于小型机上。
架构间的比较
鉴于MIPS架构、PowerPC架构、Ultra SPARC架构的CPU我们日常很难接触到，因此本文仅将X86架构和ARM进行一个对比。
1、制程工艺
ARM架构主要用途决定其追求处理器功耗低，而X86架构则是处理能力强大。现在主流的ARM芯片已使用10nm制程工艺了，而I7CPU却依然采用的14nm制程工艺，可能因为其计算体系庞大，要使用更先进的制程工艺难度更大吧。
2、64位计算
对于64位计算，X86架构的两巨头AMD和Intel也有一些显著区别。Intel最初并没有开发64位版本的x86指令集。64位的指令集名为x86-64(有时简称为x64)，实际上是AMD设计开发的。Intel做的64位计算，是搞了一个新64位处理器项目名为IA64。由此制造出了Itanium系列处理器。而AMD知道自己造不出能与IA64兼容的处理器，于是它把x86扩展一下，加入了64位寻址和64位寄存器。最终出来的架构，就是 AMD64，成为了64位版本的x86处理器的标准。
而ARM在看到移动设备对64位计算的需求后，于发布了ARMv8 64位架构。ARMv8使用了两种执行模式，AArch32和AArch64。顾名思义，一个运行32位代码，一个运行64位代码。ARM设计的巧妙之处，是处理器在运行中可以无缝地在两种模式间切换。
3、异构计算
ARM的big.LITTLE架构是一项Intel一时无法复制的创新。在big.LITTLE架构里，处理器可以是不同类型的。传统的双核或者四核处理器中包含同样的2个核或者4个核，每个核提供一样的性能，拥有相同的功耗。而ARM通过big.LITTLE向移动设备推出了异构计算。这意味着处理器中的核可以有不同的性能和功耗。当设备正常运行时，使用低功耗核，而当你需要高计算能力时，使用的是高性能的核。
4、功耗。
功耗主要是由这几点决定的。首先，功耗和工艺制程相关。现在主流的制程工艺在10nm-14nm，而主流ARM架构CPU和X86架构CPU的制程工艺相差不大，但为什么反而ARM的比X86耗电少得多呢。这就和设计相关了。
X86为了增强对乱序操作的处理能力，加强了乱序指令的执行。此外，X86还增强了单核的多线程能力。这样做的缺点就是，无法很有效的关闭和恢复处理器子模块，因为一旦关闭，恢复起来就很慢，从而造成低性能。而ARM的指令强在确定次序的执行，并且依靠多核而不是单核多线程来执行。这样容易保持子模块和时钟信号的关闭，显然就更省电。
另外在操作系统使用上，个人电脑上通常会开很多线程，而移动平台通常会做优化，只保持必要的线程。这样使得耗电差距进一步加大。当然，如果X86用在移动平台，肯定也会因为线程少而省电。凌动系列(ATOM)专门为这些特性做了优化，在一定程度上降低乱序执行和多线程的处理能力，从而达到省电。
现在移动处理器都是片上系统(SoC)架构，也就是说，处理器之外，图形，视频，音频，网络等功能都在一个芯片里。这些模块的打开与关闭就容易预测的多，并且可以通过软件来控制。这样，整体功耗就更加容易控制。
5、未来发展
关于X86架构和ARM架构这两者谁将统一市场的争执一直都有，但是也有人说这两者根本不具备可比性，X86无法做到ARM的功耗，而ARM也无法做到X86的性能。这个短期内确实无法实现，但是双方融合的趋势越来越明显了，一方面双方都在吸收对方的优点，另一方面操作系统厂商也在大力给与支持，再加上终端用户的实际需求，会出现更多的跨界动作。两个开源的指令集架构
现在真是一个分享的社会，连CPU的指令集都开源。但目前情况看，开源的指令集尚处于起步阶段，而且生态的完善不是短时间内能够完成的。
RISC-V:从开始设计，花费约四年时间才完成开发。而这款架构完全开源，不会产生专利问题，以BSD许可证发布完全免费。而如果是ARM指令集架构的话仅许可证授权费就能高达千万美元，而且RISC-V的性能、功耗和面积等方面都不亚于ARM，唯一欠缺的就是相关生态的成熟度。在国内，确认华为已经开始做相关产品的预研，中科院计算所包云岗老师也有个团队在做相关开发。同时三星在其Exynos 8890处理器中(Galaxy S7用的这款处理器)，首次采用的自主CPU内核M1，被指是基于开源的RISC-V指令集架构。
OpenRisc:OpenCores组织提供的基于GPL协议的开放源代码的RISC。OpenRisc具有以下特点:1.采用免费开放的32/64bit RISC/DSP架构。2.用Verilog HDL(硬件描述语言)实现了基于该RISC/DSP架构的RTL(寄存器传输级)描述。3.具有完整的工具链，包括:开源的软件开发工具，C语言实现的cpu仿真模型，操作系统，以及软件应用所需的函数库。
