写给 Android 开发者的芯片知识

作为 Android 开发者，免不了要处理 arm、armv7a、armv8a、x86 等架构适配，所以我们有必要捋一下 CPU、架构、指令集、芯片的概念。

CPU

学过计算机基础知识的朋友都知道 CPU 的含义，亦即中央处理器，是负责计算机主要运算任务的组件。一般习惯把 CPU 比喻为人的大脑。而了解略深的用户会听说 CPU 有 x86、ARM 等分类，前者主要用于 PC 而后者主要用于手机平板等设备。那么这里的 x86、ARM 指的是什么呢？

指令集

CPU 执行计算任务时都需要遵从一定的规范，程序在被执行前都需要先翻译为 CPU 可以理解的语言。这种规范或语言就是指令集（ISA，Instruction Set Architecture）。程序被按照某种指令集的规范翻译为 CPU 可识别的底层代码的过程叫做编译（compile）。x86、ARM v8、MIPS 都是指令集的代号。指令集可以被扩展，如 x86 增加 64 位支持就有了 x86-64。厂商开发兼容某种指令集的 CPU 需要指令集专利持有者授权，典型例子如 Intel 授权 AMD，使后者可以开发兼容 x86 指令集的 CPU。

CPU 的基本组成单元即为核心（core）。多个核心可以同时执行多件计算任务，前提是这些任务没有先后顺序。

微架构

核心的实现方式被称为微架构（microarchitecture）。微架构的设计影响核心可以达到的最高频率、核心在一定频率下能执行的运算量、一定工艺水平下核心的能耗水平等等。此外，不同微架构执行各类程序的偏向也不同，例如 90 年代末期 Intel 的 P6 微架构就在浮点类程序上表现优异，但在整数类应用中不如同频下的对手。

常见的代号如 Haswell、Cortex-A15 等都是微架构的称号。注意微架构与指令集是两个概念：指令集是 CPU 选择的语言，而微架构是具体的实现。i7-4770 的核心是 Haswell 微架构，这种微架构兼容 x86 指令集。对于兼容 ARM 指令集的芯片来说这两个概念尤其容易混淆：ARM 公司将自己研发的指令集叫做 ARM 指令集，同时它还研发具体的微架构如 Cortex 系列并对外授权。但是，一款 CPU 使用了 ARM 指令集不等于它就使用了 ARM 研发的微架构。Intel、高通、苹果、Nvidia 等厂商都自行开发了兼容 ARM 指令集的微架构，同时还有许多厂商使用 ARM 开发的微架构来制造 CPU。通常，业界认为只有具备独立的微架构研发能力的企业才算具备了 CPU 研发能力，而是否使用自行研发的指令集无关紧要。微架构的研发也是 IT 产业技术含量最高的领域之一。

总结

本文总结下来的内容很简单：指令集与微架构是不同的概念，不可混淆；CPU 研发指的是微架构研发；如今指令集不再有“最适合领域”的说法。