关于手机、电脑、单片机等的架构、速度和相关术语

总结

接触了不少芯片，但是一直不太明白处理器架构、处理速度等。

用过的芯片有赛灵斯的zynq7000、飞思卡尔的MC9S12、51、STM32F103\STM32F407；

对速度，性能并没有系统了解。

 

1、ARM是处理器的架构、

2、手机大部分也采用ARM架构；

3、zynq是采用 cortex-A9，是一个比较高端的，以前单核智能机即是这种架构；

4、STM32F103\STM32F407分别用的是cortex——m3和m4.是cortex系列里面低端的。

5、cortex是在ARM11之后的系列。（Cortex系列分为低端M，中端R，高端A系列）

6、cortex-a9是支持双核的系列，因此手机的双核处理器是这种架构。

7 、cortex-15，支持多核，后面还有很多高端系列。

8、电脑处理器架构，是例如酷睿i5、i7，这种。

 

各类芯片

stm32f407

这是ARM11后的后续版本，Cortex系列，Cortex系列又分为低端M，中端R，高端A系列，你说的那款属于Cortex-M低端系列。现在智能机一般都用的是A系列，比如：小米手机用的就是高通的Cortex-A8。stm32F407是Cortex-M4系列。

Core: ARM 32-bit Cortex™-M4 CPU with FPU, Adaptive real-time accelerator (ART 

Accelerator™) allowing 0-wait state execution from Flash memory, frequency up to 168MHz, memory protection unit, 210DMIPS/

1.25DMIPS/MHz (Dhrystone 2.1), and DSP instructions

STM32F103

内核：ARM 32位的Cortex™-M3 CPU  − 最高72MHz工作频率，在存储器的0等待周期访问时可达1.25DMips/MHz(Dhrystone2.1)

Zynq7000

赛灵思Zynq-7000 可扩展处理平台（EPP）将双 ARM Cortex-A9 MPCore 处理器系统与可编程逻辑和硬 IP 外设紧密集成在一起，提供了灵活性、可配置性和性能的完美组合。围绕其刚刚推出的可扩展处理平台（EPP）

 

各类处理器

电脑处理器

intel处理器是英特尔公司开发的处理器，即为CPU就是中央处理器的缩写，它是计算机中最重要的一个部分，由运算器和控制器组成。如果把计算机比作一个人，那么CPU就是他的大脑，其重要作用由此可见一斑。按照其处理信息的字长，CPU可以分为：四位微处理器、八位微处理器、十六位微处理器、三十二位微处理器以及六十四位微处理器等等。

　　CPU架构，目前没有一个权威和准确的定义，简单来说就是CPU核心的设计方案。目前CPU大致可以分为X86、IA64、RISC等多种架构，而个人电脑上的CPU架构，其实都是基于X86架构设计的，称为X86下的微架构，常常被简称为CPU架构。

 

　　更新CPU架构能有效地提高CPU的执行效率，但也需要投入巨大的研发成本，因此CPU厂商一般每2-3年才更新一次架构。近几年比较著名的X86微架构有Intel的Netburst（Pentium 4/Pentium D系列）、Core（Core 2系列）、Nehalem（Core i7/i5/i3系列），以及AMD的K8（Athlon 64系列）、K10（Phenom系列）、K10.5（Athlon II/Phenom II系列）。

手机处理器

目前英国ARM架构占据手机处理器90%的市场份额。1、德州仪器优点：低频高能且耗电量较少，高端智能机必备CPU缺点：价格不菲，对应的手机价格也很高2、INTEL优点：CPU主频高，速度快缺点：耗电、每频率性能较低3、高通优点：主频高，性能表现出色，功能定位明确缺点：对功能切换处理能力一般4、三星优点：耗电量低、价格便宜缺点：性能低5、Marvell优点：很好继承和发挥了PXA的性能缺点：功耗大。

手机的处理器=CPU（数据处理芯片）+GPU（图形处理芯片）+其他

首先我们这里讲的“手机处理器”并不只是一个简单的概念，类比到PC上，手机的处理器不仅有CPU，还有图形处理芯片（GPU）。举一个例子，苹果的A4处理器（iPhone4用的）不仅有一颗45nm的CPU，主频为1GHz，还集成了一个叫做PowerVR SGX535的图形处理芯片，这个图形处理芯片对iPhone 4的游戏性能有着直接的作用，就像PC上的显卡一样。

首先我们要明白的是，手机处理器的架构的底层都是ARM的，就像我们说的PC的架构是X86的道理相同；ARM同时还是一个公司，提供各种嵌入式系统架构给一些厂商，比如现在流行的Cortex-A8架构就是ARM公司推出的，目前很多高端旗舰智能机的处理器都是基于这个架构的，但是如何应用在手机上就是高通、TI之类的事情了。（其实我们可以理解为高通、TI等跟ARM公司买来专利技术，然后在这个基础上进行二次开发）。

目前用在终端旗舰手机的处理器种类繁多，我们就分析其中的7款最顶级、应用范围最广的，它们都是基于Cortex-A8架构，分别有高通的3款、三星的两款和苹果的一款，TI的两款。

关于ARM的发展

首先我们来看下ARM核心是主控SOC中的重要部分，系统的日常应用都由ARM核心来完成，因此ARM核心的效能很大程度上跟用户体验有关。1983年开始，到目前为止，ARM内核共有ARM1、ARM2、ARM6、ARM7、ARM9、ARM10、ARM11和Cortex以及对应的修改版或增强版组成，越靠后的内核，初始频率

ARMCortex™-M4

是由ARM专门开发的最新嵌入式处理器，在M3的基础上强化了运算能力，新加了浮点、DSP、并行计算等，用以满足需要有效且易于使用的控制和信号处理功能混合的数字信号控制市场。其高效的信号处理功能与Cortex-M处理器系列的低功耗、低成本和易于使用的优点的组合，旨在满足专门面向电动机控制、汽车、电源管理、嵌入式音频和工业自动化市场的新兴类别的灵活解决方案。

Cortex-A9

Cortex-A9处理器能与其他Cortex系列处理器以及广受欢迎的ARMMPCore技术兼容，因此能够很好延用包括操作系统/实时操作系统（OS/RTOS）、中间件及应用在内的丰富生态系统，从而减少采用全新处理器所需的成本。通过首次利用关键微体系架构方面的改进，Cortex-A9 处理器提供了具有高扩展性和高功耗效率的解决方案。利用动态长度、八级超标量结构、多事件管道及推断性乱序执行（ Speculative out-of-order execution），它能在频率超过1GHz的设备中，在每个循环中执行多达四条指令，同时还能减少目前主流八级处理器的成本并提高效率。

Cortex-A9与Cortex-A8

简单的说A8只支持单核，A9支持双核..目前智能手机CPU架构都是精减指令集的ARM架构。市场上主流单核手机一般是A8，双核基本全是A9架构。

那么A8和A9的区别是什么，除了频率还有什么区别？

简单的说，最大硬件区别体现在三个关键技术指标上，Cortex-A9架构的双核处理器要具备明显的优势。

核心架构——cortex A8/A9/A5/A15

Cortex-A8

 

Cortex-A8：指令集ARMv7-A，13级整数流水线，超标量双发射，2.0DMIPS/MHz，标配Neon，不支持多核，10级NEON媒体流水线，专用的L2缓存，带有可编程的等待状态，运行速度可以达600MHz至1GHz，支持多项与L3存储器之间的未完成事务，以充分利用CPU。现在主流的中高端单核智能手机都是用这个核心的。

 

ARM11与ARM9

 

ARM11：指令集ARMv6，8级流水线，1.25DMIPS/MHz，运行频率300MHz-800MHz，在0.13um工艺，1.2v条件下，ARM11处理器的功耗可以低至0.4mW/MHz。ARMv6保持了所有过去架构中的T(Thumb指令)和E(DSP指令)扩展，ARM11处理器的流水线由8级流水线组成。不过没有专用的L2缓存，相比Cortex-A8，处理能力会弱很多，现在中低端智能手机很多用的就是这个核心

 

ARM9：指令集ARMv5，5级流水线，1.1DMIPS/MHz，ARM 9与ARM 11大部分一样，但是其运行频率更低，现在新智能基本上已经不用这个核心了，在一些老的智能手机上海可以见到。

 

Cortex-A9

 

Cortex-A9：指令集ARMv7-A，8级整数流水线，超标量双发射，乱序执行，2.5DMIPS/MHz，可选配Neon/VFPv3，支持多核，现在市场的双核设计和平板都是这个核心架构的。

 

Cortex-A5

 

Cortex-A5：指令集ARMv7-A，8级整数流水线，1.57DMIPS/MHz，可选配Neon/VFPv3，支持多核,ARM Cortex-A5 处理器是能效最高、成本最低的处理器，能够向最广泛的设备提供 Internet访问：从入门级智能手机、低成本手机和智能移动终端到普遍采用的嵌入式、消费类和工业设备。这个是未来的中低端智能手机的核心。现在还没有产品面世。

 

Cortex-A15

 

Cortex-A15：指令集ARMv7-A，超标量，乱序执行，可选配Neon/VFPv4，支持多核。ARM Cortex-A15 处理器是业界迄今为止性能最高且可授予许可的处理器。它提供前所未有的处理功能，与低功耗特性相结合，在各种市场上成就了卓越的产品，包括智能手机、平板电脑、移动计算、高端数字家电、服务器和无线基础结构，暂时产品还没上市，可能要等到今年下半年或者明年年初。

 

ARM Cortex-A15MPCore[编辑]

ARM Cortex-A15MPCore

产品化   2011年末投产，[1]2012年末上市[2]

设计团队      安谋国际科技

指令集   ARMv7

制作工艺/制程     32nm/28 nm initially[3]至 20 nmroadmap[3]

核心数量       1-4 per cluster, 1-2 clusters perphysical chip[4]

一级快取       64 kB (32 kB I-Cache, 32 kB D-Cache) percore

二级快取       up to 4 MB[5] per cluster

三级快取       none

CPU主频范围     1000MHz 至 2500 MHz

ARM Cortex-A15MPCore是一种多核ARM架构处理器提供了脱序的超标量（out-of-order superscalar）管线的ARM v7的指令集，运行速度高达2.5GHz。

速度

1.整数计算能力

Cortex-A9的单核的CPU处理能力可以达到2.50DMIPS*，而Cortex-A8的峰值只能达到2.00DMIPS。DMIPS是用来衡量计算机芯片的单位。DMIPS数值越大，CPU的数据处理能力越强。也就是说如果单纯用数学计算的角度来看的话，Cortex-A9双核处理器的数据处理能力是Cortex-A8的2.5倍。（MIPS：Million Instructions executed Per Second，每秒百万条指令，用来计算同一秒内系统的处理能力，即每秒执行了多少百万条指令。）SO，Cortex-A9单核CPU的计算能力是要优于Cortex-A8处理器。

2.浮点运算能力

在计算机里，有两种办法表示实数，一种是定点，就是小数点位置是固定的，一种是浮点，就是小数点位置不固定，计算方法也比较麻烦，通常会比整数运算代价大很多。因此浮点运算能力也可以直接体现一款处理器性能是否出色。同频率双核Cortex-A9在CPU浮点运算这一项比A8性能提升高达50%以上。所以Cortex-A9并不是从Cortex-A8身上简单地将处理器核心进行叠加，而是在单核运算能力上都有很大的提升。

 

3. L2二级缓存

L2二级缓存是位于CPU与内存之间的临时存储器，它的容量比内存小但交换速度快。在缓存中的数据是内存中的一小部分，但这一小部分是短时间内CPU即将访问的，当CPU调用大量数据时，就可避开内存直接从缓存中调用，基本无需等待从而加快读取速度。。

一句话，二级缓存意义就是节省CPU直接读取内存的时间。所以L2二级缓存对CPU的性能影响很大，因此在CPU工作频率不变的基础上，增加L2二级缓存的大小可以直接影响CPU的工作效率。

不同架构CPU配置L2值不同，A8能配置的最大值是1M，而A9能配置的最大值是8M。

当然处理器配置二级缓存的多少一最终还是要取决于芯片制造商对产品定位、性价比等多种因素的考虑，但Cortex-A9处理器L2的极限值更大，这就意味着同样都是采取顶级配置方案时，Cortex-A9在性能上的表现将会远超Cortex-A8。

主频

主频也叫时钟频率，单位是Hz，用来表示CPU的运算速度。它决定计算机的运行速度，随着计算机的发展，在同系列微处理器，主频越高就代表计算机的速度也越快，但对与不同类型的处理器，它就只能作为一个参数来作参考。另外CPU的运算速度还要看CPU的流水线的各方面的性能指标。由于主频并不直接代表运算速度，所以在一定情况下，很可能会出现主频较高的CPU实际运算速度较低的现象。因此主频仅仅是CPU性能表现的一个方面，而不代表CPU的整体性能。