ARM CPU架构，你搞不搞的懂？！

杨磊

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2020-07-21

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【引言】

最近有个需求：要求安装一个

MySQL8.0

在

ARM

架构上；

CPU

的

ARM

架构听说过，但没实际部署过；

且这个

ARMCPU

架构又是一个什么东东，只是脑子有这么个名字，具体不是很了解。故今日集中学习下，

有了此文。

大家都知道，随着

linux

开源操作系统的推广使用，很多企业级

Linux

都是部署在

cpu

架构为

x86

的服

务器上，这是大家都知道的事；但如果有人问

CPU

的

ARM

架构，很多都说不清楚了，今天就来聊一聊

CPU

的

ARM

架构。

此篇文章自己对

x86

和

ARMcpu

架构的了解是：

通常大家说的



指的是



，



是不同于





的



架构，对应的指令集不同，故软件编译环

境不同，软件代码一般不能互用，一般需要进行兼容性移植。





是经典的



指令集，指令集复杂，功能多，串行执行，意味着执行效率低下，但性价比突出，称为

民用终端的主流处理器内置指令集。



和



的家用处理器都是



指令集，用的以



为代表的



指令集。

要向了解透，就要先溯源

CPU

是个嘛？

CPU(Central Processing Unit)

主要由运算器、控制器、寄存器三部分组成；

运算器起着运算作用，控制器负责发出

CPU

每条指令所需要的信息，寄存器保存运算或指令的一些临时

文件

结果，以保证更高的速度。

CPU

有着处理指令、执行操作、控制时间、处理数据四大作用。

指令集

是存储在

CPU

内部，对

CPU

运算进行指导和优化的硬程序。拥有这些指令集，

CPU

就可以更高

效地运行。

Intel

主要有

x86

，

EM64T

，

MMX

，

SSE

，

SSE2

，

SSE3

，

SSSE3 (Super

SSE3)

，

SSE4A

，

SSE4.1

，

SSE4.2

，

AVX

，

AVX2

，

AVX-512

，

VMX

等指令集。

AMD

主要是

x86

，

x86-64

，

3D-Now!

指令集。

CPU

指令的强弱是

CPU

的重要指标，指令集是提高微处理器效率的最有效工具之一。

现阶段主流体系结构讲，指令集可分为复杂指令集



和精简指令集



两部分。

中央处理器



也可分为



，复杂指令集计算集



和





两大主流



指令集类型。

CISC

以

Intel

，

AMD

的

X86 CPU

为代表；

RISC

以

ARM

，

IBM Power

为代表。

要了解

CPU ARM

架构，又要先了解啥是复杂指令集

(CISC)

和精简指令集

(RISC)

？

和大家学习数据库，从

 !"#$% !&% !$

三种设计思路出发开始学习一样。

要想了解

CISC

和

RISC

，首先了解一下两者的设计理念。

CISC

设计理念

早期的



全部是



架构，设计理念是要用最少最精炼的机器语言指令来完成所需的计算任务。为了

软件编程方便和提高程序的运行速度，硬件工程师采用的办法是不断增加可实现复杂功能的指令和多种灵

活的编址方式。甚至某些指令可支持高级语言语句归类后的复杂操作，但硬件设计也越来越复杂，造价也

越来越高。

为实现复杂操作，微处理器除向程序员提供类似各种寄存器和机器指令功能外。还通过存于只读存贮器

'

中的微程序来实现其极强功能，处理在分析每一条指令之后执行一系列初级指令运算来完成所需的

功能；此设计型式被称为复杂指令集计算机

!

结构．一般



计算机

所含的指令数目至少

())

条以上，有的甚至超过

*))

条。

CISC

架构会增加

CPU

结构的复杂性和对

CPU

工艺的要求，但对于编译器的开发十分有利。

RISC

设计理念

采用



复杂指令集合的



有较强处理高级语言的能力，对提高计算机的性能有益。但也发现



指

令系统太复杂不易实现，且还可能降低系统性能。长期致力于复杂指令系统的设计，实际上是在设计一种

难得在实践中用得上的指令系统的处理器。同时，复杂的指令系统必然带来结构的复杂性。不但增加了设

计的时间与成本还容易造成设计失误。实际计算中一个典型程序的运算过程所使用的

)

％指令，只占一

个处理器指令系统的

％，事实上最频繁使用的指令是取、存和加这些最简单的指令；

顺着这个思路，精简指令的设想初衷也有了：即指令系统应当只包含那些使用频率很高的少量指令集，并

提供一些必要的指令以支持操作系统和高级语言。按照这个理念发展而成的计算机被称为精简指令集计算

机

!

结构，简称



。

简单来讲：



通过操作内存、寄存器、运算器来完成复杂指令的，在实现时，是将复杂指令转换成了一个微程序，

微程序在制造



时就已存储于微服务存储器。一个微程序包含若干条微指令（也称微码），执行复杂指

令时，实际上是在执行一个微程序。



的设计初衷针对



复杂的弊端，选择一些可以在单个



周期完成的指令，以降低



的复

杂度，将复杂性交给编译器，



架构要求软件来指定各个操作步骤。

RISC

架构可降低

CPU

的复杂性以及允许在同样的工艺水平下生产出功能更强大的

CPU

，但对于编译器的设

计有更高的要求。

这时大家很自然的得出一个直观结论：

【引言】

最近有个需求：要求安装一个

MySQL8.0

在

ARM

架构上；

CPU

的

ARM

架构听说过，但没实际部署过；

且这个

ARMCPU

架构又是一个什么东东，只是脑子有这么个名字，具体不是很了解。故今日集中学习下，

有了此文。

大家都知道，随着

linux

开源操作系统的推广使用，很多企业级

Linux

都是部署在

cpu

架构为

x86

的服

务器上，这是大家都知道的事；但如果有人问

CPU

的

ARM

架构，很多都说不清楚了，今天就来聊一聊

CPU

的

ARM

架构。

此篇文章自己对

x86

和

ARMcpu

架构的了解是：

通常大家说的



指的是



，



是不同于



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

架构，对应的指令集不同，故软件编译环

境不同，软件代码一般不能互用，一般需要进行兼容性移植。





是经典的



指令集，指令集复杂，功能多，串行执行，意味着执行效率低下，但性价比突出，称为

民用终端的主流处理器内置指令集。



和



的家用处理器都是



指令集，用的以



为代表的



指令集。

要向了解透，就要先溯源

CPU

是个嘛？

CPU(Central Processing Unit)

主要由运算器、控制器、寄存器三部分组成；

运算器起着运算作用，控制器负责发出

CPU

每条指令所需要的信息，寄存器保存运算或指令的一些临时

文件

结果，以保证更高的速度。

CPU

有着处理指令、执行操作、控制时间、处理数据四大作用。

指令集

是存储在

CPU

内部，对

CPU

运算进行指导和优化的硬程序。拥有这些指令集，

CPU

就可以更高

效地运行。

Intel

主要有

x86

，

EM64T

，

MMX

，

SSE

，

SSE2

，

SSE3

，

SSSE3 (Super

SSE3)

，

SSE4A

，

SSE4.1

，

SSE4.2

，

AVX

，

AVX2

，

AVX-512

，

VMX

等指令集。

AMD

主要是

x86

，

x86-64

，

3D-Now!

指令集。

CPU

指令的强弱是

CPU

的重要指标，指令集是提高微处理器效率的最有效工具之一。

现阶段主流体系结构讲，指令集可分为复杂指令集



和精简指令集



两部分。

中央处理器



也可分为



，复杂指令集计算集



和





两大主流



指令集类型。

CISC

以

Intel

，

AMD

的

X86 CPU

为代表；

RISC

以

ARM

，

IBM Power

为代表。

要了解

CPU ARM

架构，又要先了解啥是复杂指令集

(CISC)

和精简指令集

(RISC)

？

和大家学习数据库，从

 !"#$% !&% !$

三种设计思路出发开始学习一样。

要想了解

CISC

和

RISC

，首先了解一下两者的设计理念。

CISC

设计理念

早期的



全部是



架构，设计理念是要用最少最精炼的机器语言指令来完成所需的计算任务。为了

软件编程方便和提高程序的运行速度，硬件工程师采用的办法是不断增加可实现复杂功能的指令和多种灵

活的编址方式。甚至某些指令可支持高级语言语句归类后的复杂操作，但硬件设计也越来越复杂，造价也

越来越高。

为实现复杂操作，微处理器除向程序员提供类似各种寄存器和机器指令功能外。还通过存于只读存贮器

'

中的微程序来实现其极强功能，处理在分析每一条指令之后执行一系列初级指令运算来完成所需的

功能；此设计型式被称为复杂指令集计算机

!

结构．一般



计算机

所含的指令数目至少

())

条以上，有的甚至超过

*))

条。

CISC

架构会增加

CPU

结构的复杂性和对

CPU

工艺的要求，但对于编译器的开发十分有利。

RISC

设计理念

采用



复杂指令集合的



有较强处理高级语言的能力，对提高计算机的性能有益。但也发现



指

令系统太复杂不易实现，且还可能降低系统性能。长期致力于复杂指令系统的设计，实际上是在设计一种

难得在实践中用得上的指令系统的处理器。同时，复杂的指令系统必然带来结构的复杂性。不但增加了设

计的时间与成本还容易造成设计失误。实际计算中一个典型程序的运算过程所使用的

)

％指令，只占一

个处理器指令系统的

％，事实上最频繁使用的指令是取、存和加这些最简单的指令；

顺着这个思路，精简指令的设想初衷也有了：即指令系统应当只包含那些使用频率很高的少量指令集，并

提供一些必要的指令以支持操作系统和高级语言。按照这个理念发展而成的计算机被称为精简指令集计算

机

!

结构，简称



。

简单来讲：



通过操作内存、寄存器、运算器来完成复杂指令的，在实现时，是将复杂指令转换成了一个微程序，

微程序在制造



时就已存储于微服务存储器。一个微程序包含若干条微指令（也称微码），执行复杂指

令时，实际上是在执行一个微程序。



的设计初衷针对



复杂的弊端，选择一些可以在单个



周期完成的指令，以降低



的复

杂度，将复杂性交给编译器，



架构要求软件来指定各个操作步骤。

RISC

架构可降低

CPU

的复杂性以及允许在同样的工艺水平下生产出功能更强大的

CPU

，但对于编译器的设

计有更高的要求。

这时大家很自然的得出一个直观结论：

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