BK001 - CPU架构

【PART 0】

 

 

【PART 1】

      CPU架构是CPU厂商给属于同一系列的CPU产品定的一个规范，主要目的是为了区分不同类型CPU的重要标示。目前市面上的CPU主要分有两大阵营，一 个是intel系列CPU，另一个是AMD系列CPU。两个不同品牌的CPU，其产品的架构也不相同，现intel系列CPU产品常见的架构有 Socket 423、Socket 478、Socket 775、Socket1366、Socket1156、Socket1155还有日后的Socket2011；而AMD CPU产品常见的架构有Socket A、Socket 754、Socket 939、Socket 940、SocketAM2、AM2+、AM3、AM3+这几种架构。

X86架构

虽然上面说了按处理器架构分的话，目前就术语本身来说主要有四种说法，即IA－32、IA－64、x86－32、x86－64，但是其实它们分属于两 类，IA－32、x86－32都属于x86，即英特尔的32位x86架构，x86－64是AMD在其最新的Athlon 64处理器系列中采用的新架构，但这一处理器基础架构还是IA－32（因英特尔的x86架构并未申请专利保护，所以绝大多数处理器厂商为了保持与 Intel的主流处理器兼容，都不得不采用这一x86架构），只是在此架构基础之上作了一些扩展，以支持64位程序的应用，进一步提高处理器的运算性能。 x86－64相比Intel的64位服务器处理器产品Itanium和 Itanium 2系列处理器产品来说最大的优点就是可以全面兼容以前的32位x86架构的应用程序，以保护用户以前的投资；而Intel的Itanium和Itanium 2系列处理器需要另外通过软件或硬件来实现对以前32位程序的兼容。

正因如此，以后我们看到诸如IA－32、x86－32、x86－64要清楚，其实它们都是一类型的，都属于x86架构的。如Intel的32位服务器Xeon（至强）处理器系列、AMD的全系列，还有VIA的全系列处理器产品都属于x86架构的。

IA－64

IA－64 架构是英特尔为了全面提高以前IA－32位处理器的运算性能，是Intel和Hp共同开发了6年的64位CPU架构，是专为服务器市场开发的一种全新的处 理器架构，它放弃了以前的x86架构，认为它严重阻碍了处理器的性能提高。它的最初应用是英特尔的Itanium（安腾） 系列服务器处理 器，现在最新的Itanium 2系列处理器也是采用这一架构的。由于它不能很好地解决与以前32位应用程序的兼容，所以应用受到较大的限制，尽管目前Intel采取了各种软、硬方法来 弥补这一不足，但随着AMD Operon处理器的全面投入，Intel的IA－64架构的这两款处理器前景不容乐观。

 

RISC架构

 

除 了以上所介绍的两类IA架构的服务器处理器外，还有一种主流的处理器架构，也可称之为“RISC”（其实它是一种按处理器指令执行方式划分的类型）。采用 这一架构的仍是IBM、SUN和HP等。不过近几年由于这一处理器架构标准没有完全统一、处理器的发展和应用非常缓慢，使得原来本占有的绝大多数中高档服 务器市场被IA架构瓜分了大部分江山，已是日趋衰落。目前连这几家服务器厂商也开始了自己放弃，转投IA旗下，推出越来越多的IA架构服务器，以保生存。

目前采用这一架构的主要服务器处理器有IBM的Power4、Compaq Alpha 213 64、HP PA－8X00、Sun的UltraSPARC III、SGI的MIPS 64 20Kc等。

 

Intel处理器架构

Intel 常见服务器CPU分类。现在的处理器技术发展真是日新月异，上一代产品还没被大家分清，马上就要被下一代产品替代了。在这里根据个人的一些了解，帮大家做个划分。

一，Xeon（至强）

目前全部Intel IA架构的双路，四路服务器，全部在采用Xeon(至强)CPU，它是基于X86架构的一种服务器专用的CPU 。早期的处理器名称是以数字来表示，并以“86”作为结尾，包括Intel 8086、80186、80286、80386、80486、80586、奔腾系列等等，因此其架构被称为“x86”，至今全部Xeon，包括双核、四核的，全部是基于X86架构的产品。

二，Itanium（安腾）

安腾处理器也常被称为IA-64位处 理器，是Intel公司面向最顶级的高端应用开发一款纯64位处理器产品，具有64位寻址能力和64位宽的寄存器，它所具备的一系列特性，如EPIC指令 等，都是为要求最苛刻的计算及企业级需求而设计的。对于最苛求性能的企业或者需要高性能运算功能支持的应用(包括电子交易安全处理、超大型数据库、电脑辅 助机械引擎、尖端科学运算等)而言，Itanium处理器很好的满足了用户的要求。

Intel 服务器处理器列表

系列

Xeon3000

Xeon3200

Xeon3300

Xeon5000

Xeon5100

Xeon5300

Xeon5200

Xeon5400

Xeon7100

Xeon7300

Itanium9000

Itanium9100

CPU代号

?

?

?

Dempsey

Woodcrest

Clovertown

Wolfdale-DP

Harpertown

Tulsa

Tigerton

Montecito

Montvale

制造工艺

65nm

65nm

45nm

65nm

65nm

65nm

45nm

45nm

65nm

65nm

90nm

90nm

指令集

X86

X86

X86

X86

X86

X86

X86

X86

X86

X86

EPIC

EPIC

酷睿微架构

√

√

√

×

√

√

√

√

×

√

×

×

系统最大处理器数量

1

1

1

2

2

2

2

2

32

32

512

512

主频(GHz)

1.86/2.13/ 2.33/2.4/ 2.66/3.0

2.13/2.4/ 2.66

2.5/2.83/ 3.0

2.67/3.0/ 3.2/3.73

1.6/1.86/ 2.0/2.33/ 2.66/3.0

1.6/1.86/ 2.0/2.33/ 2.66/3.0

1.86/3.4/ 3.33

2.0/2.33/ 2.5/2.66/ 2.8/2.83/ 3.0/3.16/ 3.2

2.5/2.6/ 3.0/3.16/ 3.2/3.33/ 3.4/3.5

1.6/1.86/ 2.13/2.4/ 2.93

1.4/1.42/ 1.6

1.42/1.6/ 1.66

二级缓存(MB)

2/4

8

6/12

4

4

8

6

12

2*1

8

?

?

三级缓存(MB Technorati 标签： 处理器,CPU )

54234

56456

564646

768678

978978

978978

87987

980898

4/8/16

8797

6/8/12/18/24

8/12/18/24

前端总线(MHZ)

1066/ 1333

1066

1333

667/ 1066

1066/ 1333

1066/ 1333

1066/ 1333/ 1600

1333/ 1600

667/800

1066

400/533

400/533/667

功耗(W)

65

95

95

95/130

40/65/80

50/80/120

65/80

80/120/150

95/150

80/130

75/104

75/104

双核

√

?

?

√

√

?

√

?

√

?

√

√

四核

?

√

√

?

?

√

?

√

?

√

?

?

超线程

×

×

×

√

×

×

×

×

√

×

√

√

64位运算

EM64T

EM64T

EM64T

EM64T

EM64T

EM64T

EM64T

EM64T

EM64T

EM64T

纯64位

纯64位

三，处理器点评

1，首先看单路处理器，包括Xeon3000、3200、3300系列，其中3000和3200系列的单路处理器全部都采用了酷睿微架构，性能、功耗都非常理想，可以根据应用情况来选择主频，双核或四核。另外的3300系列采用了最新的45nm制造工艺，采用增强型酷睿微架构，性能更强，功耗更低。

2， 双路处理器，Xeon5000系列功耗高，性能差，现在已经基本绝迹;5100，5300系列开始使用酷睿微架 构，性能，功耗都非常好，可以说是Intel超级成功的一款处理器产品，性能相对于上代处理器有数倍提升，并且功耗有所降低，长时间让竞争对手根本就没有 能与之抗衡的产品。而新推出的5200，5400系列更在已经基础上，采用了45nm制造工艺，采用增强型酷睿微架构，性能较5100、5300系列平均 提高20%，功耗降低近38%，更为要命的是，价格还很低，简直是现阶段服务器CPU不二的选择。

3， 多路至强处理器，在Intel官方的列表上，Xeon7100,7300处理器被标注可以单系统内支持到32处 理器，但在国内市场上，我们能经常见到的只有4路的至强服务器。而Xeon7100处理器，因为当时还没有采用先进的酷睿微架构，所以4颗7100系列的 CPU加起来还没有2颗5300系列的双路处理器跑的快，而且价格还很高，所以十分不推荐使用，况且Xeon7100也很快就要在市场上消失了。新的 Xeon7300系列是一款非常优秀的多路至强CPU，采用了酷睿微架构，每CPU4核心，如果把4颗CPU组合在一起，搭配上大容量的内存，性能将会非 常强劲，足以满足高性能，大数据量的计算需求。

4，安腾处理器，其实安腾处理器的主要竞争对手是IBM、SUN等品牌的高端的小型机CPU， 如果您一直在使用高端小型机，比如安装IBM Power CPU的，那么我觉得您很有必要去了解一下安腾，去了解一下这款新一代开放性的高端CPU产品，也许您会发现，原来高稳定，高性能，不一定非得是高成本。 除此外，在一些科学运算中，安腾也会给您带来意想不到的效果。

CORE架构

     2006年3月上旬，Intel 于美国旧金山举 办了2006年度的春季 IDF 大会（Intel Developer Forum）。在这届 IDF 大会上，有一个万众瞩目的焦点：Intel 宣布下一代处理器将采用的 Core 微架构。这也使得今年的 IDF 大会成为近几年来最激动人心的一次。在去年秋季的 IDF 大会的开幕主题演讲中，Intel 的执行长官 Paul Otellini 就曾经指出，未来处理器的技术发展重点将是“性能功耗比”（Performance per Watt）。而这届 IDF 大会的主题更加明确：功耗最优化平台（Power-Optimized Platforms）——与 Core 微架构紧密相关。根据 Intel 的说法，采用新的 Core 微架构的处理器将在整数性能和商业计算方面得到极大的飞跃，肯定将超过竞争对手 AMD 的产品。更加美妙的是，拥有这样强悍性能的 Core 微架构在功耗方面将比前任大幅下降，从而完美的体现了这届 IDF 大会的主题。

      Core 微架构是由 Intel 位于以色列海 法的研发团队负责设计的。该以色列团队早在2003年就因为设计出兼具高性能与低功耗的 Banias 处理器而闻名天下，Core 微架构也是他们在 Yonah 微架构之后的最新杰作。Core 微架构很早就出现在 Intel 的计划之中了，早在2003年夏天 Intel 就曾经隐约提到过，原定是 Centrino 平台的第三代 Napa 平台后期和第四代 Santa Rosa 平台所采用的处理器。没想到由于 NetBurst 微架构的失败，Core 微架构被 Intel 改弦易辙，推上前台，被赋予了取代 NetBurst 微架构、一统桌面、移动与服务器平台的历史使命。

      作为 Intel 的新旗舰，Core 微架构拥有双核心、64bit指令集、4发射的超标量体系结构和 乱序执行机制等技术，使用65nm制造工艺生产，支持36bit的物理寻址和48bit的虚拟内存寻址，支持 Intel 所有的扩展指令集。Core 微架构的每个内核拥有 32KB 的一级指令缓存、32KB 的双端口一级数据缓存，然后2个内核共同拥有 4MB 的共享式二级缓存。Core 微架构在今年内发布的最高频率将是 Conroe XE 的3.33GHz。每种产品拥有自己的最高 TDP：Merom 最高35W，Conroe 最高65W，Woodcrest 最高80W。此外，针对不同客户的要求也可以提供低功耗的版本。例如，低电压版本的 Woodcrest 将会定位于刀片系统，通过降低频率等方法使 TDP 低达40W。

      Intel 声称 Core 微架构拥有14级“有效”流水线。与 Banias 同出于一个设计团队，Core 微架构仅有14级的整数流水线，并不让人意外。但是，究竟什么是14级“有效”流水线？在过去的几年里，有关流水线级数的几个概念经常被混淆。我们首先澄 清一下，流水线的“条数”与“级数”是完全不同的 概念。能够完整执行各种指令的一系列功能单元组成“一条”流水线。而关于流水线级数，可以这样简单理解：在传统意义上，一条流水线所包含的功能单元一般可 以被划分为多个部分，它可以被划分成几个部分，就称这条流水线是“几级”的。然后让我们来了解一下“有效流水线”的定义，这也是在过去容易造成误解之处。 简而言之，所谓的有效流水线，就是指发生分支预测错误时，所需要重新执行的流水线级数。以采用 NetBurst 微架构的处理器来说，Willamette、Northwood与Prescott核心的有效流水线级数分别是20、20和31，而原始的P6 微架构的处理器则是10级。

     不过，对于现代的普遍采用乱序执行方式的X86处理器来说，有效流水线级数并不能代表真正意义上的流水线级数。 NetBurst 微架构的处理器仅仅是 Trace Cache 的 Trace 建立过程，就有起码10级；P6 微架构的完整流水线级数应该是12至15（10级有效流水线加上指令执行完毕后的 Retire 动作，与可能出现的 Reorder Buffer延迟）。随着乱序执行引擎的工作方式越来越复杂，X86处理器流水线级数的概念也日益模糊。换言之，Core 微架构真正意义上的流水线级数并不会只有14。

      Core 微架构的14级有效流水线与 Prescott 核心的31级有效流水线的对比，也只有参考意义。那些仅仅根据这个数字的对比就断言 Core 微架构只能达到很低的频率的说法是不具有足够的说服力的。Conroe XE 3.33GHz 处理器的存在已经让很多相信这个说法的用户大吃一惊。而实际上，已经有玩家声称，Conroe 处理器可以在风冷的情况下达到4GHz以上的频率。Core 微架构的频率到底能够到达什么样的高度，让我们拭目以待。

 

core与conroe的区别

      我们把Core音译为酷睿，它是Intel下一代处理器产品将统一采用的微架构，而Conroe只是对基于Core微架构的 Intel下一代桌面平台级产品的代号。除Conroe处理器之外，Core微架构还包括代号为Merom的移动平台处理器和代号为Woodcrest的 服务器平台处理器。采用Core的处理器将被统一命名。由于上一代采用Yonah微架构的处理器产品被命名为Core Duo，因此为了便于与前代Intel双核处理器区分，Intel下一代桌面处理器Conroe以及下一代笔记本处理器Merom都将被统一叫做Core 2 Duo。另外，Intel的顶级桌面处理器被命名为Core 2 Extreme，以区别于主流处理器产品。

此次发布的Conroe/Merom共计10款，其中代号以E和X开头的5款面向台式机，以T开头的4款面向笔记本。

英特尔初期发布Core微架构处理器包含E6000桌面系列和T7000、T5000移动系列，E6000系列处理器外频为266MHz，前端总线频率为 1066MHz，拥有2MB（E6300、E6320、E6400）或4MB(E6600、E6550、E6700) 二级缓存，面向高性能市场；稍后推出的E4000系列外频相对低一些，为200MHz，前端总线800MHz，定位低于E6000系列，发布时间将延后至 2007年第一季度。除普通版Conroe之外，Intel还将发布Conroe XE处理器取代现有的旗舰产品Pentium XE——即X6800。

      虽然桌面平台的Conroe的前端总线为1066MHz,但这次的主角移动版处理器Merom前端总线均为 667MHz（Merom处理器原本是属于下一代移动平台Santa Rosa上的处理器产品，现在不得不在Santa Rosa平台推出之前先把Merom处理器推向市场，并可以顺利地植入目前的Napa平台上面。为了在Intel 945芯片组上面运行，其前端总线为了适合于Intel 945芯片组，而仍然保留667MHz的前端总线设计。而今后出现的Santa Rosa平台上的Merom处理器其前端总线就改为800MHz。这种情景与当年推出400MHz的Dothan为适应Intel 855芯片组的做法十分相似）。二级缓存则加大为4MB(低端的T5000系列仍为2MB)，意味着缓存中可以寄存更多等待处理数据，减少处理器与内存以 及外围设备间数据传输的瓶颈，提高指令的命中率，大大提高执行效能。随着Napa平台上Yonah处理器被替换成Merom处理器，这也意味着英特尔移动 处理器开始进入64位元双核技术时代，Yonah作为双核移动处理器的首战英雄将开始退居其后

总体

     Core 架构的Merom处理器确实性能强劲。在多项测试中，频率2GHz的T7200能战胜频率2.33GHz的T2700就是最好的证明。但是您同时也注意到 了，在移动平台Merom虽然性能强劲，但并没有给您带来太大的惊喜。虽然胜过Yonah，但幅度都不大，而且在一些测试项中，频率稍低的T7200也是 输给了T2700的。因此可能在移动平台Core微架构的优势不像桌面平台那样出彩——一颗频率最低的E6300也可以全歼高频率的Pentium D。究其原因就是Yonah本身就比较优秀，而不像NetBurst那样失败，况且Core微架构本身就是在Yonah微架构改进而来，成绩不会形成太大 的反差也在情理之中。

     现在有必要对Core 微架构做一个简单的概括：Core微架构是Intel的以色列设计团队在Yonah微架构基础之上改进而来的新一代微架构。最显著的变化在于在各个关键部 分进行强化。为了提高两个核心的内部数据交换效率采取共享式二级缓存设计，2个核心共享高达4MB的二级缓存。其内核采用较短的14级有效流水线设计，每 个核心都内建32KB一级指令缓存与32KB一级数据缓存，2个核心的一级数据缓存之间可以直接传输数据。每个核心内建4组指令解码单元，支持微指令融合与宏指令融合技术，每个时钟周期最多可以解码5条X86指令，并拥有改进的分支预测功能。每个核心内建5个执行单元子系统，执行效率颇高。加入对EM64T与SSE4指令集的支持。由于对EM64T的支持使得其可以拥有更大的内存寻址空间，弥补了Yonah的不足，在新一代内存消耗大户——Vista操作系统普及之后，这个优点可以使得Core微架构拥有更长的生命周期。而且使用了Intel最新的五大提升效能和降低功耗的新技术，包括：具有更好的电源管理功能；支持硬件虚拟化技术和硬件防病毒功能；内建数字温度传感器；提供功率报告和温度报告等。尤其是这些节能技术的采用对于移动平台意义尤为重大。

另外酷睿支持64位

      对于双核的呼喊声，我们看到真正的双核处理器大决战爆发在Intel酷睿。基于Core架构处理器面对不同消费群族，Core处理器出现了小小的分工，专门面对台式机使用的Conroe，笔记本使用Merom，服务器使用WoodCrest，这三款处理器全部基于Core核心架构。

      英特尔处理器包括Core系列桌面型、移动型，以及Xeon处理器，甚至嵌入式处理器， 全都将相继进入32纳米制程，逐渐代替了现今的45纳米制程。 随着CES脚步接近，英特尔已透露将在CES上发表多款Core i3、i5桌上型与笔记型处理器，包括笔电的Arrandale与桌电Clarkdale相继采用32纳米制程，强调更小的体积与功耗设计。今天英特尔揭 露，明年第一季将推出的嵌入式Xeon处理器也将采用新制程。 09底开始投产的32纳米制程，相较于2008年底的45纳米制程，采用了第二代high-k金属闸极晶体管与浸润式微影技术（ immersion lithography），强化对处理器内部用电控管，也比45纳米制程尺寸小30%，简化系统设计。根据英特尔的蓝图，明年第一季将针对嵌入式市场推出 32纳米制程，代号为Jasper Forest的嵌入式Xeon处理器，比采用旧制程处理器高出30%到70%的每瓦效能，支持PCI 2.0及I/O虚拟化能力。而企业用的服务器Xeon处理器，随着明年桌上型处理器Clarkdale的推出，与高阶桌上型市场关系密切的入门级Xeon 3000处理器也会在今年进入32纳米新制程。

      至于目前采用Nehalem-EP架构的Xeon 5000，虽然一样采用Nehalem架构，但将在明年上半年开始采用32纳米新制程，推出Westmere-EP处理器。而原来提供6核心的Xeon 7000处理器也会在明年上半年推出最多8核心的Nehalem-EX，在明年下半年同样进入新制程的Westmere-EX。

     除了嵌入式系统、服务器、笔电与桌上型相继进入新制程后，目前就只剩下低功耗设计的Atom处理器尚未进入，仍采用45纳米制程。相较于英特尔在2010年进入新制程，AMD则是要到2011年开始进入32纳米制程，届时将采用新的Bulldozer核心架构设计，包括效能级12至16核心的Interlagos，以及强调能源效益6至8核心的Valencia。

8 核心的CPU 现在不可能对应现在的主板所以不可能大张旗鼓的宣传， 最便宜的8核CPU应该是SONY PS3的CELL， 拥有8个核心浮点性能是酷睿双核的N多倍， 而现在4核心都没有普及， AMD INTER是不会着急大量生产他们的8核CPU的， 可以说现在的INTER 4核心只是把2个酷睿内核封装在一个核心里面， 2个核心之间并没用直接通信， AMD倒是出了真4核， 只是现在卖的不好还不能成为主流。总结一下5年之后4核心基本可以替换现在的双核成为主流，而8核心甚至16核心CPU将会成为那时候的高端产品！

 

【PART 2】

      CPU架构是CPU厂商给属于同一系列的CPU产品定的一个规范，主要目的是为了区分不同类型CPU的重要标示。目前市面上的CPU主要分有两大阵营，一个是intel系列CPU，另一个是AMD系列CPU。两个不同品牌的CPU，其产品 的架构也不相同，现intel系列CPU产品常见的架构有Socket 423、Socket 478、Socket 775；而AMD CPU产品常见的架构有Socket A、Socket 754、Socket 939、Socket 940这几种架构。

CPU的分类
      CPU既然关系看指令的执行和数据的处理，当然也关系着指令和数据处理速度的快慢，因而CPU有不同的执行功能，不同的处理速度。一般CPU的功能和处理 速度，我们可以从它的型号、数字来判断它的等级，如Pentium系列是586机种的CPU，它后面型号的数字即为它的工作频率，也就是它处理速度的时 钟。Pentium Pro系列是686机种的CPU，它后面型号的数字也是它的处理速度，它们的单位都是MHz，目前所使用586的CPU是： Pentium-133，Pentium-166，Pentium-200。 Pentium MMX-133，Pentium MMX-166,Pentium MMX-200。 MMX 的编号，为Pentium增加了多媒体指令集功能的CPU。 686的CPU是： Pentium Pro-133,Pentium Pro-166,Pentium PrO-180,Pentium Pro-200等。 Pentium II-233,Pentium II-266,Pentium II-330,Pentium II-330,Pentium II-：55,Pentium II-400等。 Pentium II即为Pentium Pro+MMX,也就是Pentium Pri加上了MMX多媒体指令集功能的CPU又名Klamath。 786的CPU是：名称暂定为Merced, 97年底刚亮相，由Intel与HP公司合作开发，其最主要的特点是具有极长指令集的结构，并改进了Pentium Pro内部的译码电路和流水线并行处理的结构，大部分结构改进为精简指令集计算机（RISC, Reduced Instruction Set Computer）的结构。

1、x86
      虽然上面说了按处理器架构分的话，目前就术语本身来说主要有四种说法，即IA－32、IA－64、x86－32、x86－64，但是其实它们分属于两 类，IA－32、x86－32、x86－64都属于x86，即英特尔的32位x86架构，x86－64是AMD在其最新的Athlon 64处理器系列中采用的新架构，但这一处 理器基础架构还是IA－32（因英特尔的x86架构并未申请专利保护，所以绝大多数处理器厂商为了保持与Intel的主流处理器兼容，都不得不采用这一 x86架构），只是在此架构基础之上作了一些扩展，以支持64位程序的应用，进一步提高处理器的运算性能。x86－64相比Intel的64位服务器处理 器产品Itanium和 Itanium 2系列处理器产品来说最大的优点就是可以全面兼容以前的32位x86架构的应用程序，保护以用户以前的投资；而Intel的Itanium和 Itanium 2系列处理器需要另外通过软件或硬件来实现对以前32位程序的兼容。

      正因如此，以后我们看到诸如IA－32、x86－32、x86－64要清楚，其实它们都是一类型的，都属于x86架构的。如Intel的32位服务器Xeon（至强）处理器系列、AMD的全系列，还有VIA的全系列处理器产品都属于x86架构的。

2、 IA－64
      IA－64架构是英特尔为了全面提高以前IA－32位处理器的运算性能，是Intel和Hp共同开发了6年的64位CPU架构，是专为服务器市场开发的一 种全新的处理器架构，它放弃了以前的x86架构，认为它严重阻碍了处理器的性能提高。它的最初应用是英特尔的Itanium（安腾）系列服务器处理器，现 在最新的Itanium 2系列处理器也是采用这一架构的。由于它不能很好地解决与以前32位应用程序的兼容，所以应用受到较大的限制，尽管目前Intel采取了各种软、硬方法来 弥补这一不足，但随着AMD Operon处理器的全面投入，Intel的IA－64架构的这两款处理器前景不容乐观。

3、RISC架构
      除了以上所介绍的两类IA架构的服务器处理器外，还有一种主流的处理器架构，也可称之为“RISC”（其实它是一种按处理器指令执行方式划分的类型）。采用这一架构的仍是IBM、SUN和HP等。不过近几年由于这一处理器架构标准没有完全统一、处理器的发展和应用非常缓慢，使得原来本占有的绝大多数中高档服务器市场被IA架构瓜分了大部分江山，已是日趋衰落。目前连这几家服务器厂商也开始了自己放弃，转投IA旗下，推出越来越多的IA架构服务器，以保生存。
     目前采用这一架构的主要服务器处理器有IBM的Power4、Compaq Alpha 21364、HP PA－8X00、Sun的UltraSPARC III、SGI的MIPS 64 20Kc等。

 

【PART 3】

X86架构

     X86就是采用cisc（Complex Instruction Set Computer,复杂指令架构计算机）架构的处理器．大多数CPU厂商(如AMD,Intel)生产的就是这种处理器．与采用RISC(Reduced ...,精简指令架构计算机)架构的PowerPC(如苹果电脑)不同. 在CISC处理器中，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。 诸如IA－32、x86－32、x86－64都是属于x86架构的。如Intel的32位服务器Xeon（至强）处理器系列、AMD的全系列，还有VIA的全系列处理器产品都属于x86架构的。

 

CPU架构，从大的层面（接受和处理信号的方式）分两类——CISC、RISC
CISC就是复杂指令集计算机，目前专指 x86 和 x86-64 两类。

其中 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，★★★★★ IA32 并非上面有人说的没有专利保护 ★★★★★
而是 AMD 和 VIA/Cyrix 通过交叉专利授权获得了 IA32 的使用权。

x86-64 又叫 AMD64，它的 Intel 版本叫做 EM64T（换个名字而已），是AMD在 IA32 的基础上扩展出来的一套 64位 CPU 架构，Intel 可以使用的原因也是因为 Intel和AMD之间的交叉专利授权。

按照内部元件的组织方式细说起来——Intel的 32位x86 及 x86-64 CPU 又分为下列不同的“代”，有时也把这些“代”叫做不同的架构，包括
①i386（80386、80486）
②P5（Pentium、PentiumMMX）
③P6（PentiumPro、PentiumII、PentiumIII、PentiumM，对应的Xeon和Celeron）
④NetBurst（Pentium4、PentiumD、PentiumEE，对应的Xeon和Celeron）
⑤Core/Core2（Core、Core2、PentiumE、Pentium Dual-Core，对应的Xeon和Celeron）
⑥Corei7（即将上市）
⑦Atom（即将上市）

AMD的 32位x86 及 x86-64 CPU 也分为下列不同的“代”，
①AMD386（386、486）
②K5
③K6（K6、K6-2）
④K6-III
⑤K7（Athlon、AthlonXP，及对应的AthlonMP、Duron、Sempron）
⑥K8（Athlon64、Athlon64 X2，及对应的Opetron、Sempron(64) ）
⑦K10（Phenom，及对应的Opetron）

VIA/Cyrix 也生产 32位x86 处理器，大致有
①Cyrix 486
②Cyrix 5x86、6x86
③VIA/Cyrix C3
④VIA C7
⑤Isaiah（Nano，即将上市）

 

RISC就是精简指令集计算机，目前常见的有
一、IBM 的 PowerPC架构（Power G4、G5、G6、PowerXCell）
二、MIPS 的 MIPS架构（多家厂商，包括AMD也获授权生产，龙芯也是MIPS变种）
三、SUN 的 UltraSPARC架构（UltraSPARC III、IV、VI、T1、T2）
四、DEC 的 Alpha架构（现今少见，DEC被Compaq收购，Compaq又被HP收购）
五、Intel和HP 的 EPIC架构（Iantium、Iantium2），这也就是 IA64 架构，Intel Architecture 64（Intel64位架构），

      有时单独列为一类而不算RISC。
六、Transmeta（全美达）的 VLIW（超长指令字）架构，和 IA64 在设计思想上有某种程度上的神似之处，有时也单独列

      为一类而不算RISC
七、Acorn的 ARM架构（类似于 MIPS 也授权多家公司制造，包括Intel）后来 Intel 还开发出 ARM的变种 XScale 架构

需要指出的是，现在的 Intel 和 AMD CISC处理器的内核其实都是 RISC内核，是在内核的外围电路中把复杂指令动态翻译成精简指令，然后送到 RISC内核中处理。严格来说，目前所有的CPU本质上都是 RISC处理器。

【PART 4】

由于嵌入式系统的专用型与定制性，与全球PC市场不同，没有一种微处理器或者微处理器公司可以主导嵌入式系统。本文分析了当前市场上主流的一些32位嵌入式微处理器的特点和应用场合，并对其未来发展做一些展望。这里只是按照体系结构分类，不涉及具体的处理器芯片。

一． ARM

ARM处理器是由英国的ARM公司设计的32位RISC处理器。

毫无疑问，ARM芯片是嵌入式微处理器中的佼佼者，是很多数字电子产品的核心。如今95%的手机里面的核心处理器使用的都是ARM芯片，而ARM在整个手持市场上占有90%以上的份额，这是一个惊人的比例。

ARM公司的商业模式：

ARM公司的成功除了其卓越的芯片设计技术以外，还源于其创新的商业模式：提供技术许可的知识产权，而不是制造和销售实际的半导体芯片。 ARM将其芯片设计技术（内核、体系扩展、微处理器和系统芯片方案）授权给Intel，Samsung，TI，高通（Qualcomm），意法半导体等半 导体制造商，这些厂商拿到ARM内核以后，再设计外围的各种控制器，和ARM核整合成一块SOC芯片，也就是我们看到的市面上的各种芯片，作为用户，我们 也许不知道我们使用的是ARM芯片，但是我们可能天天都在感受着ARM芯片带给我们的智能体验。

图1-1 ARM的业务模型

ARM公司正是因为没有自己生产芯片，从而省去了IC制造的巨额成本，因此可以专注于处理器内核设计本身，ARM处理器内核不但性能卓越而且升级速度很快，以适应市场的变化。

由于所有的ARM芯片都采用一个通用的处理器架构，所以相同的软件可以在所有产品中运行，这正是ARM最大的优势，采用ARM芯片无疑可以有效缩短应用程序开发与测试的时间，也降低了研发费用。

ARM生态产业链：

ARM公司通过出售芯片技术授权，建立起新型的微处理器设计、生产和销售商业模式。围绕着芯片设计产业，ARM公司整合了上下游的资源，逐 渐形成了一条完整的生态产业链。ARM的合作伙伴包括半导体制造商，开发工具商，应用软件设计商以及培训商等。ARM公司统一了芯片设计的标准，芯片制造 商生产的芯片符合统一的接口，为以后的开发提供了很大的方便；工具商专门开发基于ARM芯片的仿真器和开发工具；应用软件设计商开发基于ARM芯片的应用程序，培训商则提供与ARM相关的培训服务。

这样的一套完整的产业链使得ARM芯片的开放性和通用性都很好，很多公司开发嵌入式产品都倾向于选择ARM的芯片，因为软硬件开发都有比较 成熟的方案，相关的人才也比较多，可以缩短开发的周期，使得产品能够尽快上市。而作为个人如果想学习嵌入式开发，ARM芯片也是首选的学习对象，相关的学 习资料和开发工具都有很多。

目前全球已有超过700家的软硬件系统公司加入了ARM Connected Community，其中中国本土公司的成长很快，目前已经有超过70家加入了ARM生态伙伴系统。

下图为以ARM公司为核心的生态产业链，这个产业链还在不断壮大：

图1-2 以ARM为核心的生态系统

ARM处理器核的技术特点：

采用RISC架构的ARM微处理器一般有如下特点：

• 体积小、功耗低、低成本、高性能；
• 流水线结构；
• 支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好兼容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，执行效率高；
• 指令长度固定，支持条件执行；
• 具有桶形移位器（barrel shifter），可以提高数学逻辑运算速度，不过也增加了硬件的复杂性，会占用更多的芯片面积；
• AMBA互联总线协议，可以有效地将各个IP组件粘接起来；
• ARM的大部分设计都采用RISC思想，当然它也综合一些CISC的设计理念以达到最佳地性能，所以ARM不是纯粹的RISC架构；

ARM微处理器最新的一些技术特点（以最新的Cortex-A9处理器核为例）：

• 高效超标量流水线；
• NEON多媒体处理引擎，加快媒体和信号处理能力；
• 浮点运算单元，显著提高了单精度和双精度标量浮点运算的速度；
• 优化的一级缓存；
• Thumb-2技术，性能上达到传统ARM代码的峰值水平；
• 二级缓存控制器，最高可配置2MB的缓存内存；
• 先进的取指及分支预测技术，避免因访问指令的延时而影响跳转指令的执行；
• 最多支持四条指令Cache Line预取挂起，进一步减少了内存延时的影响，从而促进指令的顺利传输；
• 每个周期内可连续将两到四条指令发送到指令解码，确保充分利用超标量流水线性能；

图1-3 Cortex-A9 架构及单核接口

总而言之：ARM处理器最大的优势就在于体积小、功耗低、价格低廉，并且还能提供相当高的性能，确实是众多嵌入式设备的首选。

ARM处理器的主要应用领域：

下面是ARM处理器的主要应用领域：

• 工业控制领域：基于ARM核的微控制器芯片不但占据了高端微控制器的大部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展，Cortex-M系列就是ARM公司推出的典型低功耗、高性价比32位工控微控制器，向传统的8位/16位微控制器提出了挑战；
• 无线通讯领域：目前大部分无线通讯设备采用了ARM技术，ARM以其高性价比和低成本，在该领域的地位日益巩固；
• 网络应用：随着宽带技术的推广，采用ARM技术的ADSL芯片正逐步获得竞争优势，此外，ARM在语音及视频处理上进行了优化，并获得广泛支持，这也对DSP的应用领域提出了挑战；
• 消费类电子产品：ARM技术在目前流行的数字音频播放器、数字机顶盒和游戏机中得到了广泛采用；
• 成像和安全产品：现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用ARM技术，手机中的32位SIM智能卡也采用了ARM技术；

ARM未来可能的发展趋势：

下面对ARM未来可能的发展趋势做一些分析：

ARM将在上网本市场和Intel一争高下。尽管Intel用于上网本的ATOM处理器现在占据上网本近80%的市场份额，但是成本低廉综合性能也不弱的ARM芯片大有和Intel一较高下的实力，未来二者可能平分上网本芯片的市场份额；

云计算时代亦是ARM的时代。云计算时代，用户可以在任意位置，使用各种移动终端获取应用服务，计算机的计算能力将不受本地硬件的限制，一 台更小尺寸、更轻的上网本或者智能手机一样可以通过网络来完成我们需要的服务，这时ARM芯片的优势就体现出来了，采用ARM芯片的上网本更加省电轻巧；

ARM和Linux紧密结合，整合软硬件解决方案，打造一整套开放平台，目前已经有多款ARM+Android组合的智能手机以及 ARM+Ubuntu9.04结合的上网本上市。开放式平台是嵌入式应用的未来，ARM结合自身的生态系统优势，很有可能成为这个平台的主导者；

ARM架构进军服务器市场。尽管现在ARM架构应用在服务器领域还存在一些不足，但是ARM低功耗、低成本等优点还是得到很多服务器厂商的 青睐，并且2009年Dell已经推出了基于威盛Nano芯片的低功耗XS11-VX8服务器，其体积相当于一块3.5英寸的硬盘，而且在一个标准2U机 箱内放置12台这样的服务器，单服务器的满载功耗在30瓦以内，并在近两年内出货5000多套类似的系统。而ARM的官方站点使用的就是基于 Marvell MV78100 SOC的ARM服务器，相信ARM将来会逐步占据服务器市场的一定份额；

ARM将在低端微控制器市场逐步取代传统的8位/16位单片机。ARM的Coretex-M系列是经过优化的专门针对低端控制应用的处理器核，和传统的单片机相比，它的处理能力更将而且更具针对性，并且其价格还非常低廉。

ARM下一代处理器核向多内核架构发展，以提供更强大的运算能力。Cortex-A9处理器就有单核和多核两个架构。

ARM内核与FPGA结合为SOPC（System On a Programmable Chip），打造更灵活的嵌入式系统硬件解决方案。FPGA灵活的硬件设计与处理器的强大软件功能有机地结合在一起，在设计具有复杂算法和控制逻辑的系统 时，SOPC的优势非常明显。

二． MIPS

MIPS处理器简介：

MIPS CPU是一种RISC结构的CPU，MIPS起源于一个学术研究项目，该项目的设计小组连同几个半导体厂商合伙人希望能制造出芯片并拿到市场上去卖。结果 是该结构得到了工业领域内最大范围的具有影响力的制造商们的支持。从生产专用集成电路核心(ASIC Cores)的厂家(LSI Logic,Toshiba, Philips, NEC)到生产低成本CPU的厂家(NEC, Toshiba,和IDT),从低端64位处理器生产厂家(IDT, NKK, NEC)到高端64位处理器生产厂家(NEC, Toshiba和IDT)。

1984年，MIPS计算机公司成立。1992年，SGI收购了MIPS计算机公司。 1998年，MIPS脱离SGI，成为MIPS技术公司。MIPS技术公司是一家设计制造高性能、高档次及嵌入式32位和64位处理器的厂商，在RISC处理器方面占有重要地位。

MIPS公司设计RISC处理器始于二十世纪八十年代初，1986年推出R2000处理器，1988年推R3000处理器，1991年推出 第一款64位商用微处器R4000。之后又陆续推出R8000(于1994年)、R10000(于1996年)和R12000(于1997年)等型号。随后，MIPS公司的战略发生变化，把重点放在嵌入式系统。1999年，MIPS公司发布MIPS32和MIPS64架构标准，为未来MIPS处理器的开发 奠定了基础。新的架构集成了所有原来NIPS指令集，并且增加了许多更强大的功能。MIPS公司陆续开发了高性能、低功耗的32位处理器内核 (core)MIPS324Kc与高性能64位处理器内核MIPS64 5Kc。2000年，MIPS公司发布了针对MIPS32 4Kc的版本以及64位MIPS 64 20Kc处理器内核。

注意：

MIPS有两种含义，上文中的MIPS是Microprocessor without Interlocked Pipe Stages的缩写，即无互锁流水线级的微处理机，它是一个科研项目的名称；MIPS在计算机科学里还有Million Instructions Per Second，即每秒执行百万(条)指令数，是衡量计算机速度的一个重要指标。

MIPS的商业模式：

MIPS的商业模式和ARM相似，也是研发处理器内核，将知识产权授权给其他公司。我们非常熟悉的国产处理器厂商龙芯就是获得MIPS32和MIPS64架构的授权，借此开发龙芯CPU。

MIPS开展授权模式比ARM要晚，其生态系统的规模和完整性都不如ARM，而且很多MIPS的授权厂商如Broadcom/PMC等都不 在处理器核上继续投入了，而反观ARM，除了ARM本身，Qualcomm/Marvel等作为ARM的架构授权者都在积极推动处理器内核的研发，这一点 使MIPS在与ARM的竞争中无法占到优势。

MIPS处理器的技术特点：

MIPS处理器主要有以下技术特点：

• MIPS的设计保持纯粹的RISC风格，其设计始终保持简洁性，它倾向于把复杂的工作交给编译器去做。很多大学课程都喜欢选择 MIPS体系结构来讲解计算机体系结构。MIPS的设计还是保持着学院派的作风，有一定理想化的色彩，因此到了实际商用领域，不如ARM这种以RISC为 主但是也会引入一些CISC设计思想的处理器更具竞争力；
• 占用更小的芯片面积，功耗方面比ARM芯片稍大一些；
• 具有32位和64位两种架构的指令集，而ARM只有32位架构的指令集；
• 核内包含大量寄存器、指令数和字符；
• 可视的流水线延迟间隙；
• 多发射核技术，这种技术将处理器中的闲置处理单元分割出来虚拟为另一个核心，以提高处理单元的利用率，避免了处理单元闲置浪费；
• MIPS是开放式的架构,用户可以在开发的内核中加入自己的指令；

MIPS处理器的主要应用领域：

MIPS处理器主要有以下应用领域：

在数字电视、数字机顶盒、DVD/蓝光播放器、数码相机和宽带客户端等领域MIPS架构处理器应用比例大约为50%；

在家用网络方面，大部分宽带路由器与无线接入点都采用了MIPS架构处理器，MIPS在互联网时代数字家庭的组成中已经占据一定的优势；

MIPS在移动/便携终端领域远不如数字家庭那样神勇，不过采用MIPS处理器的索尼PSP的成功说明MIPS在这个领域大有可为，逐渐兴起的电子书也是MIPS在这个领域的一个突破口；

MIPS在服务器市场也有部分应用，许多在业务上有前瞻性的互联网企业都考虑或已经将MIPS架构平台大量引入数据中心，在灵活满足需求的同时降低愈发夸张的能源及冷却成本；

MIPS处理器面临的困境：

MIPS其实是一款非常优秀的RISC处理器架构，但是由于一些历史原因，错过了一些比较好的发展机遇，导致现在的发展遇到一些困境，主要体现在以下几个方面：

• MIPS构建的生态系统远不如ARM完善，而且这种现状在当前ARM迅猛发展的情况下很难有所改观，在国内，我们很少看到关于MIPS的培训课程，而ARM相关的培训课程则很多，不过一些高校会采用MIPS处理器架构来授课，因为MIPS的设计是开源的；
• MIPS所擅长的多是一些对效能要求远远高于用户体验的领域，这也从侧面反映出该架构下长期缺乏优秀的用户交互系统的窘境；
• MIPS在中国市场授权模式开展地较晚，因此在中国市场的推广远不及ARM；
• MIPS内核平台的开放性不太好，导致目前MIPS开发工具支持不够广泛，这是开发者不愿意看到的，而支持ARM内核的集成开发环 境(IDE)、编译器、RTOS、软件仿真器、启动/驱动代码产品也是层出不穷，可以说一条完整的设计链已经形成，进入一种良性循环，所以开发者更倾向于 使用ARM芯片；

MIPS未来可能的发展趋势：

下面对MIPS未来可能的发展趋势做一些分析：

• MIPS处理器核将向着硬件多线程方向发展，这与ARM不同，ARM的发展方向是多核处理器；
• MIPS要寻求壮大自己的生态系统，让MIPS处理器支持更多操作系统，与其合作伙伴打造更加开放自由的平台。2009 年，MIPS加入了开放嵌入式软件基金会（OESF），这将扩大MIPS的影响力，MIPS也成立了Android解决方案中心，目的就是让更多的厂商采 用MIPS+Android的软硬架构来开发电子产品；
• MIPS将借助3.5G或者4G的发展进军无线通讯领域，考虑到未来无线通信协议与Wi-Fi协议愈发相似，在这个时机切入似乎是个不错的选择；
• MIPS会大力布局云时代，MIPS在互联网时代数字家庭的组成中已经占有一定的优势，具备了接入云的基础；
• 在服务器市场，MIPS的优势渐渐体现出来，基于云的应用大大增加了对系统I/O与加解 密运算能力的要求，而这正是许多MIPS架构处理器的强项；
• 在工控领域，MIPS可能不会有什么作为，这一领域还是会被8位单片机和ARM低端芯片占据；

三． PowerPC

Powerpc简介：

PowerPC是由苹果（Apple）公司和IMB以及早期的Motorola（现在的飞思卡尔半导体）组成的联盟（简称为AIM）共同设计的微处理器架构，以对抗在市场上占有压倒优势的x86处理器。

PowerPC是一种RISC多发射体系结构。PowerPC 体系结构规范（PowerPC Architecture Specification）发布于 1993 年，它是一个 64 位规范 ( 也包含 32 位子集 )。几乎所有常规可用的 PowerPC（除了新型号 IBM RS/6000 和所有 IBM pSeries 高端服务器）都是 32 位的。

PowerPC有着广泛应用，从高端服务器CPU到嵌入式CPU，PowerPc在全球通信市场上处于无可争议的领袖地位。

PowerPc的商业模式：

在2006年之前，基于PowerPC架构的CPU一直都只能由IBM和Motorola公司生产，后来Motorola将其半导体部门卖 给了飞思卡尔，则变成了由IBM和飞思卡尔生产PowerPC芯片。2006年之后，IBM和飞思卡尔才开放了PowerPC的授权，将PowerPC授 权给其他厂商，其授权模式开展的比ARM以及MIPS都要晚的多，PowerPC开放授权之后势必会有更多的厂商加入对其开发的行列，目前的嵌入式市场反 映出来的趋势确实是PowerPC芯片凭借其出色的性能和高度整合性正在慢慢侵占原先ARM和MIPS占据主导地位的市场，尤其PowerPC在高端嵌入 式设备上的应用更有着绝对的优势。

PowerPC在中国市场也有着不错的表现，尤其是飞思卡尔还在西安设有芯片的研发中心，相信他们会大力推广其PowerPC芯片的应用，估计一些高端嵌入式市场会向PowerPC倾斜。

Powerpc的技术特点：

PowerPC架构具有以下特点：

• 32 个 integer / float registers 组。32 个general-purpose registers(GPRS) 存放整型数据，用于 integer 运算指令。32 个float-pointer registers(FPRS) 存放浮点数据，用于 float 运算指令；
• 指令 load/store 在 GPRS 与 FPRS 之间存取数据；
• 统一定长的精简指令格式易于实现超标量流行线；
• 最多支持 4 个operands，运算结果典型存放在 first operand；
• IEEE-754 标准浮点数，单精度(single-float)和双精度(double-float)指令运算；
• PowerPC 架构允许实现某一功能为特定的硬件平台；
• 用户层指令的存取缺省在 caches 执行。特殊指令跨越 caches 存取；
• 支持 big-endian 和 little-endian 模式；
• 支持 64-bit 地址模式；

Powerpc的应用领域：

PowerPC主要的应用领域如下：

• 苹果公司生产的笔记本、图形工作站、台式机等；
• IBM公司生产的服务器、工作站以及台式机等；
• 用于军工、工控、通信、消费电子以及航天等领域的嵌入式微处理器；

Powerpc的技术优势：

PowerPC虽然在嵌入式微处理器市场上的占有率远不如ARM，但是它比起ARM、MIPS确实有很多技术优势，主要体现在以下几点：

• PowerPC的设计侧重于浮点性能和多处理能力，其多媒体处理能力非常强劲；
• 整合度非常高，目前飞思卡尔（Freescale）的Powerpc处理器集成了USB、PCI、DDR控制器、SATA控制 器、千兆网口控制器、CAN控制器、RapidIO以及PCI_Express控制器等，客户无须设计复杂的外围电路，减少设计复杂程度以及物料使用；
• 在硬件上实现通信协议（Ethernet, ATM, IPsec, security, HW acceleration）；

综上所述，PowerPc的高性能确实是很多高端嵌入式应用领域的首选，当然PowerPC芯片的价格较高，功耗也比ARM要大，所以手机上从来不用PowerPC的芯片，软件对PowerPC的支持也略显不够。

四． DSP

DSP简介

DSP是微处理器的一种，这种微处理器具有极高的速度。因为这种处理器的应用场合要求极高的实时性。比如通过移动电话进行通话,如果处理速度不快就只能等待对方停止说话，这一方才能通话，如果双方同时通话，因为数字信号处理速度不够快，就只能关闭信号连接。

信号处理的各种运算最基本就是乘法和累加运算，其运算量非常大，这就决定了数字信号处理器的结构和指令系统的特点。

DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适于执行DSP算法，编译效率高，指令执行速度也较高。在数字滤波、卷积、FFT、谱分析等方面有着广泛应用。

DSP处理器又分为通用DSP芯片和专用DSP芯片。

DSP的分类：

DSP按照其设计模式可以分为通用DSP芯片和专用DSP芯片：

通用DSP芯片：

通用DSP主要指目前基于CPU架构的、通过软件指令方式完成DSP算法的DSP器件。早期的DSP处理器只有一个乘法器，而现在的DSP 处理器（如Ti的TMS320C6000系列），包含有8个乘法器。通用DSP处理器的主要优势是具有良好的通用性和一定的灵活性，有适用于实现各种 DSP算法的通用硬件结构和一些特殊的寻址方式。片内Cache容量大，片内RAM大，基本上数据都放在片内RAM就可以了，不需要片外再接 RAM，DSP芯片里面集成的外设少，不像ARM那么多，所以它不适于做控制。

专用DSP芯片：

专用DSP芯片直接通过硬件实现各种数字信号处理的算法，如FFT、数字滤波、卷积、光谱分析等相关算法，速度非常快，适用于哪些对速度有着苛刻要求的场合，尤其是军工领域，当然这样的芯片造价很高，而且不具有可编程性。

DSP按照所支持的数据格式可分为：

定点DSP处理器：

使用小数点位置固定的有符号数或者无符号数。定点器件在硬件结构上比浮点器件简单，价格低，速度快；

浮点DSP处理器：

使用带有指数的小数，小数点位置随具体数据不同进行浮动，浮点器件精度高，但成本、功耗相对较高，速度相对定点要慢；

DSP的技术特点：

DSP由于其专门用于数字信号处理，因此具有如下技术特点：

• 芯片内包含多个乘法器；
• 支持专门的寻址模式，如模块（循环）寻址（对实现数字滤波器延时线很有用）、位倒序寻址（对快速傅立叶变换很有用）；
• 片内Cache大，有些还具有多级Cache，片内RAM大；
• 单周期可以处理多条乘加操作，即单指令多数据（SIMD）；

DSP的应用领域：

• 通用信号处理（卷积、滤波、FFT）；
• 图形图像处理；
• 语言语音处理；
• 仪表仪器（频谱分析，数字滤波、地震处理等）；
• 自动控制；
• 医疗仪器；
• 国防军事（导航及制导，雷达监测，雷达信号处理，声纳信号处理，保密通信）；
• 移动通信；

相关阅读：
• ARM体系结构，ARM架构，ARM公司，什么是ARM
• ARM架构处理器及ARM处理器7种工作模式
• uc/os操作系统简介
• 嵌入式系统开发

【参考】

http://baike.baidu.com/view/2656836.htm

http://blog.sina.com.cn/s/blog_5e382bde0100eq31.html