2.2  怎樣來使用處理器——處理器的編程模型

2.2.1  軟硬不分

早期計(jì)算機(jī)出現(xiàn)時(shí)，軟件的編寫都是直接面向硬件系統(tǒng)的，即使是同一計(jì)算機(jī)公司的不同計(jì)算機(jī)產(chǎn)品，它們的軟件都是不能通用的，這個(gè)時(shí)代的軟件和硬件緊密的耦合在一起，不可分離。

2.2.2  ISA橫插一刀

IBM為了讓自己的一系列計(jì)算機(jī)能使用相同的軟件，免去重復(fù)編寫軟件的痛苦，在它的System/360計(jì)算機(jī)中引入了ISA（Instruction Set Architecture，指令集體系結(jié)構(gòu)）的概念，將編程所需要了解的硬件信息從硬件系統(tǒng)中抽象出來，這樣軟件人員就可以面向ISA進(jìn)行編程，開發(fā)出的軟件不經(jīng)過修改就可以應(yīng)用在其他ISA架構(gòu)的系統(tǒng)上。

ISA用來描述編程時(shí)用到的抽象機(jī)器，而非這種機(jī)器的具體實(shí)現(xiàn)。從編程人員的角度來看，ISA包括一套指令集和一些寄存器，程序員知道它們就可以編寫程序。在PC領(lǐng)域，Intel和AMD的處理器都是基于x86指令集，因此我們不用擔(dān)心換了更高性能的CPU，軟件不能用，而手機(jī)上的程序不能在電腦上用，這是因?yàn)槭謾C(jī)上的程序絕大部分是基于ARM指令集的。

2.3  處理器的分層模型

ISA的出現(xiàn)，是處理器領(lǐng)域的一件大事，處理器的外部呈現(xiàn)和內(nèi)部實(shí)現(xiàn)可以分離開來。處理器被分為3個(gè)層次，如右圖所示。

ISA常被簡稱為Architecture（架構(gòu)），是處理器的一個(gè)抽象描述，ISA在處理器中的實(shí)現(xiàn)，被稱為Microarchitecture（微架構(gòu)），同樣是x86的Architecture，Intel和AMD各自使用不同的Microarchitecture。

通俗的說，Architecture是處理器的外表，Microarchitecture是處理器的內(nèi)心。Architecture是設(shè)計(jì)規(guī)范，定義處理器能做什么，Microarchitecture是設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，描述處理器是怎么實(shí)現(xiàn)功能的，物理實(shí)現(xiàn)是具體的實(shí)現(xiàn)過程，可以用20nm的集成電路工藝實(shí)現(xiàn)處理器，也可以用40nm的工藝實(shí)現(xiàn)，可以用電子實(shí)現(xiàn)（電子計(jì)算機(jī)），也可以用量子實(shí)現(xiàn)（量子計(jì)算機(jī)）。

如果用軟件開發(fā)的流程來和處理器進(jìn)行對(duì)比，那么Architecture就好比需求，Microarchitecture好比設(shè)計(jì)，物理實(shí)現(xiàn)好比真正的代碼。

Microarchitecture通常也可以認(rèn)為等同于內(nèi)核（core），一個(gè)處理器除了內(nèi)核外，也還有很多其他的東西。例如：I/O（Input/Output）、電源、時(shí)鐘等，同樣一種微架構(gòu)可以出多種型號(hào)的處理器。

上面這張圖描述了一個(gè)處理器的物理結(jié)構(gòu)，它包括3大部分：內(nèi)核、存儲(chǔ)器、外設(shè)與接口。

下面這張圖以商用處理器的例子描述了指令集、微架構(gòu)、處理器之間的關(guān)系：

Intel著名的奔2、奔3電腦，使用了Intel歷史上非常成功的P6微架構(gòu)，奔4及一部分至強(qiáng)處理器使用了NetBurst微架構(gòu)，它們都使用x86指令集。ARM公司設(shè)計(jì)的ARM Cortex-A8內(nèi)核使用ARMv7指令集，被用在了TI、三星等很多公司的處理器上。

2.4  選什么樣的處理器——適合的才是最好的

選處理器就像找老婆，沒有好壞之分，只有適合與不適合之分，適合的才是最好的。系統(tǒng)集成公司在選擇處理器時(shí)，通常會(huì)考量這些因素：

2.4.1  硬件指標(biāo)——硬實(shí)力的競爭

1．性能

性能是選擇處理器第一要考慮的因素，如果性能達(dá)不到要求，其他條件再好也沒用。下面是常用的評(píng)估性能的基準(zhǔn)：

時(shí)鐘基準(zhǔn)

MIPS（Millions of Instructions Per Second），MFLOPS（Millions of Floating-point Operations per Second）常常被處理器公司用于衡量處理器的性能。MIPS越高，則理論上每秒鐘可以執(zhí)行的指令數(shù)也越多，但是，每秒實(shí)際執(zhí)行的指令數(shù)是會(huì)少于理論值的，如并行性不強(qiáng)、Cache miss、通信效率、總線沖突等都會(huì)影響到實(shí)際值和理論值的差距。MIPS、MFLOPS是處理器公司最容易給出的指標(biāo)，也能大致的反映處理器的性能，但不能真實(shí)的反映。