CPU的架构：x86是什么？arm又是哪儿来的？
文章目录
- CPU架构
- 常见架构
- x86
- arm
- RISC-V
- 比较
- 同样架构CPU一定是一样的……吗？
- 跨平台
- 梳理
- 结尾
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CPU架构——一直是困扰大家很长时间的问题。今天，咱们就重拳出击细细拆解CPU的架构。快点开始吧！
CPU架构
CPU，作为电脑中最核心的计算单元，肯定有着自己的一套“语言”——而电脑中运行的软件则使用CPU听得懂的“语言”，给CPU发送指令，然后CPU负责执行。
这种“语言”，就叫“指令集架构”，简称“架构”。就像世界上有汉语、英语、德语、法语、俄罗斯语等等各种语言，在CPU的世界里，也有很多“语言”——即很多种架构。
当然，别理解错了——虽然说C++、Python等也是一种“语言”，但这都不是CPU所“看得懂”的“语言”。CPU唯一能够识别的，就是无穷无尽的0和1。至于C++、Python脚本是怎么变成CPU看得懂的0和1，这就是后话了，我们在这篇文章中先不讨论。
而CPU的不同架构，从根本上来自于其不同的内部电路。有的CPU内部电路复杂，晶体管数量多，功能也随之强大；有的CPU内部电路简单些，晶体管数量少，但耗能也低——这就有了不同的架构。
所以，到这里，你只需理解CPU的架构是什么——它可以看作是CPU使用的“语言”。
常见架构
x86
x86就是一种指令集架构。它最早来源于Intel在1978年上市的Intel 8086。
该系列较早期的处理器都是用数字来表示的——如Intel 8086、80186、80286、80386、80486。这些名称都符合“80x86”的“通式”，后来就被称为“x86”。刚开始的x86也很弱鸡，其中8086～80286都是16位的，到了80386才开始出现32位——而著名的“i386”便来自于这里：Intel 80386。
图片来自Turnoff，CC 4.0 BY-NC-SA
后来，1999-2003年间，AMD干了个大活：他们把x86架构做成了64位的，并把它取名为“AMD64”。然后Intel又“抄”了回去，也给它取了自己的名字……这才有了现在这些形形色色但都表示64位（x86）的缩写：x86-64，AMD64，x64，Intel 64，EM64T等等。
今天，我们看到的绝大多数电脑芯片都使用的是x86架构——包括但不限于Intel的Core系列（i5、i7、i9）和AMD的Ryzen系列。大多数超级计算机也使用它，因为它功能丰富，速度也快。而现在生产x86处理器的厂家几乎只有AMD和Intel了。
arm
arm架构，则来自于一位物理学家Hermann Hauser和另一位工程师Chris Curry。他们手下有一家公司，叫Acorn，专门生产电子设备。有一次，他们想在一款电子设备上使用摩托罗拉公司的16位芯片，但是发现：太TM贵啦！于是他们找替代品，问Intel公司要80286芯片的设计，结果对方不鸟他们……没办法，他们只好自己设计：基于当时新兴的RISC（精简指令集）设计理念，研发出自己的处理器——而这，就是ARM架构的雏形。
当然，由RISC理念衍生出的架构还有很多——比如RISC-V、SPARC、MIPS等等。但其中最最最重要的便是arm了（Advanced RISC Machine）——因为你现在手上拿的手机，里面就是arm架构的芯片。
刚开始的arm是32位的——叫armv7。后来，arm也走上了64位之路，有了arm-v8a。现在，绝大部分的手机都是64位arm（arm-v8a）的了。
arm架构用得有多广泛呢？几户所有移动设备（安卓手机、iPhone、iPad）、开发版（包括Orang Pi、Raspberry Pi）用的都是arm芯片。甚至有些电脑使用的芯片（如Apple M系列）都是arm。
而至于苹果的M芯片——它几乎是个“行业炸弹”：它向世界证明，arm架构的芯片不仅能用于手机，也能在高端电脑上提供强大性能和优秀续航，打破了x86在个人计算领域的绝对统治。
arm芯片的生产方式和x86不太一样。arm公司（即改名后的Acorn公司）本身不再生产芯片了，而负责把这一切授权给其他公司，然后由其它公司生产芯片。
RISC-V
这里还是稍微说一下RISC-V吧：与前面的x86、arm不同，它开源、免费、可自由扩展，因而被看作未来的重要变量，尤其在物联网和新兴领域。
比较
分别介绍完了x86和arm，就要对比一下了。
首先，没有太多优劣之分：不同的架构服务于不同的目的。
x86属于CISC（Complex Instruction Set Computing），可以简单理解为复杂指令集。它的运行速度快，指令也很繁多——代价是耗能高。不过，毕竟它大多是用在电脑上的，就没有那么追求省电了。
而arm属于RISC（Reduced Instruction Set Computing），可以认为是精简的指令集。它的指令比较少，不过耗能也低。在相同半导体工艺和性能目标下，arm架构通常能实现更高的能效比（性能/功耗），这是其在移动设备上取得统治地位的根本原因。
这里可以类比理解一下：x86和arm就像是两个不同级别的厨师——x86就是“高级厨师”，你只需要告诉他“给我来个煮鸡蛋”，很快做好的煮鸡蛋就端上来了。而arm则不同，它像是“新手厨师”，你需要告诉他“拿来锅子，往里面放水，将一个鸡蛋放进去，开火烧，烧滚之后再过一会儿关火，然后把鸡蛋拿出来，放到盘子里，端到我的桌上”。虽然最后结果是一样的，但是中间过程不一样——很明显，如果需要达到同样的目的，高级厨师只需要很少的指令就行，但是新手厨师需要接受大量的指令。他俩工资也不一样：高手厨师一个月赚2w（耗能高），新手厨师一个月只拿8k（耗能低）。
现在明白了不？x86复杂高速高功耗，arm精简中速低功耗。
同样架构CPU一定是一样的……吗？
于是有人会觉得很好奇：既然AMD、Intel生产的都是x86架构的处理器，那么它们的内部构造是否也几乎一样？
答：非也。这就是“微架构”的差异。就像同一种语言（指令集）下的不同“方言”或“表达风格”。Intel的Core和AMD的Ryzen都是x86，但内部电路设计（微架构）却有很大的不同，造就了不同的性能与体验。
对于arm芯片也是同理——生产arm芯片的厂商有一大堆：联发科、高通、苹果等等，但CPU的内部电路实现是不一样的！
跨平台
前面提到了x86大多是放在电脑上的，arm基本服务于移动设备。而大多电脑上运行的是Windows，多数手机（先不谈iOS）运行的是Android——这么看来，Windows与x86有什么联系吗？Android和arm又有什么关系吗？
事实上，Windows在x86上已经扎根很长时间了。而且几户所有Windows 的exe软件都是x86架构的。不过微软后来也做了大量工作，制作了Windows on arm，即WOA，使Windows可以成功运行在arm的架构CPU上。
而Android也几乎是一样的情况——它在arm架构上生根发芽，现在已经长成了参天大树。和Windows一样，总有些人热衷于把本来只能运行在arm上的Android通过各种技术手段移植到其它架构上——比如x86架构。于是就有了今天的Android x86，包括一些著名的操作系统，如Bliss OS、Phoenix OS等等。而因为Android的开源特性，它甚至还被移植到了RISC-V上呢！
但你一定会觉得奇怪：Windows on arm既然是运行在arm架构的处理器上，它又该如何运行专为x86写的软件呢？
所以，就出现了一个东西，叫做“转译层”。它负责“同声传译”，在软件运行过程中，把一条条x86的指令迅速翻译成arm指令，这样CPU不就能运行了吗？
对于Android x86也是同理：那些只能运行在arm上的软件，也可以通过转义层，将arm指令翻译成x86指令，从而运行在x86上。
再深入一些：Windows on arm上有Prism转义层；而在Android x86上，就有libndk和houdini。它们做着同样的事情：“同声传译”。
梳理
好啦，CPU架构就先说到这里了，给大家梳理一下，并拓展些其它架构（这里感谢Deepseek供图）：
结尾
好啦，就介绍到这里，先溜了～记得点赞关注哦！