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CPU 架構

常見的 CPU 架構有兩種:精簡指令集 (RISC) 與複雜指令集 (CISC) 系統。

精簡指令集 (RISC)

精簡指令集 (Reduced Instruction Set Computer, RISC) 特色:

  1. 微指令集較為精簡,每個指令的執行時間都很短,完成的動作也很單純,指令的執行效能較佳
  2. 遇到要做複雜的事情,就要由多個指令來完成。

常見的採用 RISC 微指令集架構的CPU:

  1. 甲骨文 (Oracle) 公司的 SPARC 系列 → 常用於學術領域的大型工作站中,包括銀行金融體系的主要伺服器也都有這類的電腦架構
  2. IBM 公司的 Power Architecture (包括 PowerPC) 系列 → Sony 的 PS3 就是使用 PowerPC 架構的 Cell 處理器
  3. 與安謀公司 (ARM Holdings) 的 ARM CPU 系列 → 各廠牌手機、PDA、導航系統、網路設備(交換器、路由器等)等

複雜指令集(CISC)

複雜指令集(Complex Instruction Set Computer, CISC) 特色:

  1. 指令集的每個指令可以執行一些較低階的硬體操作

  2. 指令數目多而且複雜

  3. 每條指令的長度不相同 因為指令執行較為複雜所以每條指令所花費的時間較長,但個別指令可以處理的工作較為豐富。 常見的採用 CISC 微指令集架構的 CPU:

  4. 主要有 AMD、Intel、VIA 等開發的 x86 架構 CPU

x86 架構小故事

1978年 x86 架構第一次出現在 Intel 8086 的中央處理器中,三年後(1981), Intel 8086 被 IBM PC 所選用, x86 也逐漸成為個人電腦的標準平台。 Intel以外,其他公司也有製造 x86 架構的處理器,市佔僅次於 Intel Pentium 的 AMD 是讓 x86 架構往前一大步的推手。 1978年 Intel 的 8086 中央處理器是 16 位元的處理器,1985 年時 32 位元的 80386 的出現讓處理器進入了一段 32 位元架構的時期。這個 32 位元架構的階段一直持續到 2003 年。這一年,AMD 對 x86 架構發展了 64 位元的擴充,並且命名為 AMD64。 x86 架構的處理器正式進入 64 位元的時代。Intel 不久後也推出了和 AMD64 相容的 Intel 64 (EM64T)處理器,這兩個處理器一般被統稱為 x86-64 或 x64。

不同的 x86 架構的 CPU 差異:

  1. CPU的整體結構(如第二層快取、每次運作可執行的指令數等)
  2. 微指令集的不同。

微指令集不同可能有的差異:

  1. 多媒體程式的運作速度,先進的微指令集可以加快運作速度
  2. 加強虛擬化的效能
  3. 增加能源效率,降低 CPU 耗電量 Note:「位元」指的是 CPU 一次資料讀取的最大量!64 位元的 CPU 代表 CPU 一次可以最多可以讀寫 64bits 的資料,32 位元 CPU 則是 CPU 一次只能讀取 32 位元的意思。 因為 CPU 讀取資料量有限制,因此能夠從記憶體中讀寫的資料也就有所限制。所以,一般 32 位元的 CPU 所能讀寫的最大資料量,大概就是4GB 左右。

作業系統

我們可以把電腦看成一個四層構造,從內到外分別為硬體(hardware)、核心(kernal)、系統呼叫介面、以及應用程式(application)。 Linux 一開始只有 kernal 的部分,但現在我們說到 Linux 大多是指包含 kernal 和系統呼叫介面的 Linux 作業系統。

作業系統(Operating System,OS)的功能:

  1. 處理如管理與組態記憶體、決定系統資源供需的優先順序
  2. 控制輸入與輸出裝置
  3. 操作網路與管理檔案系統等基本事務
  4. 提供一個讓使用者與系統互動的操作介面 作業系統會使用硬體的功能函數來和硬體進行溝通,由於不同的硬體的功能函數不相同,所以同一套作業系統無法在不同的硬體平台上面運作。 舉例來說,如果我們有一套運行在 Intel x86 設備上的 OS,而我們想讓這套 OS 可以在 IBM 的 Power CPU 上運行,就需要參考 Power CPU 的功能函數並修改這套 OS 的程式碼,使他可以和 Power CPU 溝通。這種修改我們通常稱為「軟體移植」。

參考:鳥哥的 Linux 私房菜 – 第零章、計算機概論
參考:x86 - 維基百科,自由的百科全書