【CPU 架构】x86、x86_64、x64、arm64、aarch64

1.服务器分类

按照 CPU 体系架构来区分，服务器主要分为两类：

• 非 x86 服务器：使用 RISC（精简指令集）或 EPIC（并行指令代码）处理器，并且主要采用 UNIX 和其它专用操作系统的服务器，指令系统相对简单，它只要求硬件执行很有限且最常用的那部分执令，CPU 主要有 ***paq 的 Alpha、HP 的 PA-RISC、IBM 的 Power PC、MIPS 的 MIPS 和 SUN 的 Sparc、Intel 研发的 EPIC 安腾处理器等。这种服务器价格昂贵，体系封闭，但是稳定性好，性能强，主要用在金融、电信等大型企业的核心系统。
• x86 服务器：又称 CISC（复杂指令集）架构服务器，即通常所讲的 PC 服务器，它是基于 PC 机体系结构，使用 Intel 或其它兼容 x86 指令集的处理器芯片的服务器。目前主要为 Intel 的 Xeon E3，E5，E7 系列，价格相对便宜、兼容性好、稳定性较差、安全性不算太高。

2.CPU 架构

CPU 架构：x86 架构 和 arm 架构

• Intel（英特尔）与 AMD（超威半导体）是 x86 架构 CPU 制造商。
• ARM 公司是 arm 架构 CPU 制造商。

2.1 x86 架构：x86、x86_64、x64

• x86 和 x86_64：基于 x86 架构的不同版本, 位数不同 $32$ 位和 $64$ 位
• x86 版本是 Intel 率先研发出 x86 架构。
• x86_64 版本（也称 x64）是 x86 的 $64$ 位版本，由 AMD 率先研发，所以 x86_64 也叫 amd64。
• x86_64 = x64 = amd64

2.2 arm 架构：arm64 和 aarch64

• arm64 = aarch64
• arm 的历史遗留问题，arm64 和 aarch 都曾代指过 $64$ 位 arm 程序，目前 arm64 和 aarch64 概念已合并，新版 $64$ 位 arm 程序统称 aarch64。

3.发展历史

x86 是指 Intel 开发的一种 $32$ 位指令集，从 $386$ 开始时代开始的，一直沿用至今，是一种 CISC 指令集，所有 Intel 早期的 CPU，AMD 早期的 CPU 都支持这种指令集，Intel 官方文档里面称为 IA-32。

x86 CPU 开始迈向 $64$ 位的时候有 $2$ 种选择：

• 向下兼容 x86。
• 完全重新设计指令集，不兼容 x86。

AMD 抢跑了，比 Intel 率先制造出了商用的兼容 x86 的 CPU，AMD 称之为 amd64，抢了 $64$ 位 PC 的第一桶金，得到了用户的认同。

Intel 选择了设计一种不兼容 x86 的全新 $64$ 位指令集，称之为 IA-64（这玩意似乎就是安腾），但是比 AMD 晚了一步，而且 IA-64 也挺惨淡的，因为是全新设计的 CPU，没有编译器，也不支持 Windows（微软把 Intel 给忽悠了，承诺了会出安腾版 windows server 版，但是迟迟拿不出东西）。后来不得不在时机落后的情况下也开始支持 amd64 的指令集，但是换了个名字，叫 x86_64，表示是 x86 指令集的 $64$ 扩展，大概是不愿意承认这玩意是 AMD 设计出来的。

实际上，x86_64、x64、AMD64 基本上是同一个东西，我们现在用的 Intel / AMD 的桌面级 CPU 基本上都是 x86_64，与之相对的 arm、ppc 等都不是 x86_64。

x86、x86_64 主要的区别就是 $32$ 位和 $64$ 位的问题，x86 中只有 $8$ 个 $32$ 位通用寄存器：eax、ebx、ecx、edx、ebp、esp、esi、edi。

x86_64 把这 $8$ 个通用寄存器扩展成了 $64$ 位的，并且比 x86 增加了若干个寄存器（好像增加了 $8$ 个，变成了总共 $16$ 个通用寄存器）。同样的 MMX（MultiMedia eXtensions，多媒体扩展）的寄存器的位数和数量也进行了扩展。此外 CPU 扩展到 $64$ 位后也能支持更多的内存了，等等许多好处。

对于普通程序来说，CPU 位数的扩展、寄存器数量的增加不会带来明显的性能提升，比如 IE 浏览器、Office 办公这类的软件。特定的程序很能够充分利用 $64$ 位 CPU、更多的寄存器带来的优势，比如 MMX 除了能提升多媒体程序的性能，对矩阵、多项式、向量计算都能带来提升，更多的 MMX 寄存器、更大的寄存器字长都有利于 SIMD 指令的执行，能够提升 CPU 对数据的吞吐量（RISC 指令集的 CPU 动不动就有数百个寄存器，可以有效的缓存中间计算结果，不需要把中间结果写入内存，从而减少内存访问次数，显著提升性能）。