處理器的發(fā)展經(jīng)過多個時代，從8位到64位經(jīng)過了長期的研發(fā)及比拼，成就了英特爾、AMD、微軟等國際大佬，那么從本文開始我們開啟處理器構(gòu)架的章節(jié)。

　　每當人們談到處理器的時候，總是從性能談起，隨著話題的深入，通常會提到著名的摩爾定律，對于這個定律，到目前為止，依舊被公認為是金科玉律。

　　摩爾定律，聽起來應(yīng)該是一個叫“摩爾”的人提出來的理論。摩爾，這個名字聽起有些耳熟，對吧？沒錯，這個摩爾就是戈登·摩爾，英特爾公司創(chuàng)始人之一，現(xiàn)在想起來了吧？

　　1965年戈登·摩爾在《電子學(xué)》雜志（Electronics Magazine）第114頁發(fā)表了影響科技業(yè)至今的摩爾定律：

　　1、集成電路芯片上所集成的電路的數(shù)目，每隔18個月就翻一番。

　　2、微處理器的性能每隔18個月提高一倍，而價格下降二分之一。

　　3、用一個美元所能買到的電腦性能，每隔18個月翻兩番。

　　與摩爾定律齊名的，還有著名的英特爾鐘擺策略：在奇數(shù)年，英特爾將會推出新的工藝；而在偶數(shù)年，英特爾則會推出新的架構(gòu)。

　　這個策略，來源于鐘擺理論，什么是鐘擺理論？看下面的圖。

　　一個鐘擺，一會兒朝左，一會兒朝右，周而復(fù)始，來回擺動，但是鐘擺總是圍繞著一個中心值在一定范圍內(nèi)作有規(guī)律的擺動，所以被冠名為鐘擺理論。

　　英特爾鐘擺策略Tick-Tock（工藝年-構(gòu)架年）是英特爾的芯片技術(shù)發(fā)展的戰(zhàn)略模式。

　　Tick-Tock就是時鐘的“嘀嗒”的意思，一個嘀嗒代表著一秒。而在Intel的處理器發(fā)展戰(zhàn)略上，每一個嘀嗒代表著2年一次的工藝制造的進步。每個Tick-Tock中的“Tick”，代表著工藝的提升、晶體管變小，并在此基礎(chǔ)上增強原有的微架構(gòu)；而Tick-Tock中的“Tock”，則在維持相同工藝的前提下，進行微架構(gòu)的革新。

　　這樣在制造工藝和核心架構(gòu)的兩條提升道路上，總是交替進行，一方面避免了同時革新可能帶來的失敗風險，同時持續(xù)的發(fā)展也可以降低研發(fā)的周期，并可以對市場造成持續(xù)的刺激，并最終提升產(chǎn)品的競爭力。

　　所以，Tick指每隔兩年的奇數(shù)年推出更小、更先進工藝的處理器；Tock指每隔兩年的偶數(shù)年推出新架構(gòu)的處理器。

　　舉個例子，05年說Tick，英特爾更新從90納米走向65納米；06年是tock，用英特爾推出酷睿架構(gòu)，07年走向45納米。值得注意的是，首先它不會在一年內(nèi)兩個技術(shù)同時出現(xiàn)。每一年都可以在上個技術(shù)上再提升一個規(guī)模。

　　鐘擺策略發(fā)展趨勢一般是今年架構(gòu)、明年工藝，是讓大家循序漸進，而且實行鐘擺策略也是帶著整個行業(yè)按著這個鐘擺形成一種共同的結(jié)構(gòu)往前走。

　　理論普及完畢，現(xiàn)在看一下什么是架構(gòu)？

　　CPU架構(gòu)是CPU廠商給屬于同一系列的CPU產(chǎn)品定的一個規(guī)范，主要目的是為了區(qū)分不同類型CPU的重要標示。

　　目前市面上的CPU指令集分類主要分有兩大陣營：一個是intel、AMD為首的復(fù)雜指令集CPU，另一個是以IBM、ARM為首的精簡指令集CPU。

　　兩個不同品牌的CPU，其產(chǎn)品的架構(gòu)也不相同，例如，Intel、AMD的CPU是x86架構(gòu)的，而IBM公司的CPU是PowerPC架構(gòu)，ARM公司是ARM架構(gòu)。

　　2.1 X86架構(gòu)的發(fā)展

　　x86這三個字母到底代表什么？

　　x86是一個Intel通用計算機系列的標準編號縮寫，也標識一套通用的計算機指令集合。

　　x86指的是特定微處理器執(zhí)行的一些計算機語言指令集，定義了芯片的基本使用規(guī)則，例如：

　　今天的X64、IA-64等。關(guān)于名稱的來歷，要從上個世紀70年代說起。

　　1、x86架構(gòu)的發(fā)展歷程

　　穿越歷史，回到1978年6月8日，Intel發(fā)布了新款16位微處理器--8086，也同時開創(chuàng)了一個新時代：x86架構(gòu)誕生了。Intel 8086的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如下圖所示。

　　Intel 8086處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　事實上，8086處理器發(fā)布之初并沒有獲得太多關(guān)注，開始也沒有被大范圍采用，但它在PC業(yè)界的地位怎么形容都不為過，這就是因為它帶來了x86。它不僅成就了Intel如日中天的地位，也成為了一種業(yè)界標準，即使是在當今強大的多核心處理器上也能看到x86的身影。

　　現(xiàn)在，想必大家已經(jīng)明白了：

　　X與處理器沒有任何關(guān)系，它是一個對所有*86系統(tǒng)的簡單的通配符定義，例如：i386、586、奔騰（pentium）。

　　由于早期Intel的CPU編號都是如8086、80286來編號，由于這整個系列的CPU都是指令兼容的，所以都用X86來標識所使用的指令集合。如今的奔騰、P2、P4、賽揚系列都是支持X86指令系統(tǒng)的，所以都屬于X86家族。

　　在40多年的發(fā)展史中，x86家族不斷壯大，從桌面轉(zhuǎn)戰(zhàn)筆記本、服務(wù)器、超級計算機、編寫設(shè)備，期間還挫敗或者限制了很多競爭對手的發(fā)展，讓不少處理器廠商及其架構(gòu)技術(shù)成為歷史名字，即使有些封閉發(fā)展的也難以為繼，比如蘋果就已經(jīng)放棄PowerPC了。

　　在這里，我們不得不聊一聊一個故事：x86-64和EM64T的斗爭。

　　2003年，AMD推出了業(yè)界首款64位處理器Athlon 64，也帶來了x86-64，即x86指令集的64位擴展超集，具備向下兼容的特點。當時Intel也在推行64位技術(shù)，但其IA-64架構(gòu)并不兼容x86，只是用在服務(wù)器處理器Itanium上。為了和AMD展開競爭，Intel也在2004年推出了自己的64位版x86，也就是EM64T。

　　對此，AMD和Intel互相指責對方，但無論如何至少推廣了64位技術(shù)的發(fā)展和普及，也讓x86技術(shù)得以繼續(xù)發(fā)揚光大。

　　關(guān)于這場“斗爭”，一位權(quán)威人士是這樣評價的：

　　“這證明，x86指令集的彈性完全可以拿來對付Intel，所以即使Intel統(tǒng)治了整個市場，其他公司依然可以改變x86的發(fā)展方向。”

　　那么這位權(quán)威人士是何人？David A.Patterson，下面就是這位的照片。

　　David A.Patterson，加州大學(xué)伯克利分校計算機科學(xué)系教授

　　除此之外，他還有其他的頭銜：美國國家工程研究院院士，IEEE和ACM會士，曾因成功的啟發(fā)式教育方法被IEEE授予James H.Mulligan，Jr.教育獎?wù)隆Ｋ驗閷?a target="_blank">RISC技術(shù)的貢獻而榮獲1995年IEEE技術(shù)成就獎，而在RAID技術(shù)方面的成就為他贏得了1999年IEEE Reynold Johnson信息存儲獎。2000年他和John L.Hennessy分享了John von Neumann獎。

　　面對如此閃亮的“光環(huán)”，有沒有被閃到？別急，還有更耀眼的：

　　David Patterson是RISC最初提倡者之一。他創(chuàng)造了RISC一詞，定義了RISC的含義，是Sun公司SPARC處理器的主要顧問。他提出了RAID（廉價磁盤冗余陣列），帶來了為大量數(shù)據(jù)服務(wù)器提供磁盤存儲的工業(yè)的革命，并且又提出了NOW（工作站網(wǎng)絡(luò)）的概念。

　　所以，David Patterson是計算機界的超級大牛，RSIC、RAID、Cluster等業(yè)界重要技術(shù)的發(fā)明者。從06年開始，他在Berkeley的并行計算實驗室領(lǐng)導(dǎo)了一個為期5年的研究項目，主要由Intel and Microsoft資助。名副其實的“權(quán)威人士”！