一文帶你了解嵌入式領(lǐng)域三種處理器通用的架構(gòu)

在嵌入式領(lǐng)域，存在著三種處理器通用的架構(gòu)，PowerPC、X86、ARM，本文將對這三種架構(gòu)進(jìn)行對比分析。

1、PowerPC的由來

1975 年， IMB 公司801 小型計算機工程在RISC機體系結(jié)構(gòu)方面做了許多開創(chuàng)性試驗。801 計算機與貝克萊大學(xué)的RISC處理器引起了RISC機革新運動， 然而801 計算機僅僅是一個用來演示某種概念的原型機。801 工程的成功致使IBM 公司開發(fā)一種商業(yè)的RISC工作站產(chǎn)品， 這就是RT PC。RT PC 于1986 年誕生， 它采用了801 的體系結(jié)構(gòu)概念， 成為一個實際產(chǎn)品。RT PC未獲得商業(yè)成功， 它有許多性能相當(dāng)或更好的競爭產(chǎn)品。1990 年IBM 公司在總結(jié)了801 和RT PC 兩產(chǎn)品經(jīng)驗教訓(xùn)的基礎(chǔ)上生產(chǎn)了第3 個產(chǎn)品即IBM RISC SYSTEM/6000 。它是一個類似RISC 的超標(biāo)量計算機， 市場定位是高性能工作站。此產(chǎn)品推介后不久， IBM公司開始把這種計算機稱為Power 結(jié)構(gòu)。

1991年，IBM 公司與MOTOROLA 公司（摩托羅拉公司，6800 系列微處理器開發(fā)商）、蘋果公司（該公司將MOTOROLA 芯片裝入Macintosh 計算機）結(jié)成聯(lián)盟， 出產(chǎn)了一系列用PowerPC結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的系列計算機， 以爭抗x86 處理器所占有的壓倒優(yōu)勢的市場。這種結(jié)構(gòu)源于Power 結(jié)構(gòu)， 并做了改動（包括消除故障， 增加原先缺少的關(guān)鍵技術(shù)特色， 去除某些指令， 放寬技術(shù)條件）， 從而實現(xiàn)了更高的執(zhí)行效率。到1995年初，PowerPC系微機有四個產(chǎn)品先后問世。

601 第1 個PowerPC產(chǎn)品。它的目標(biāo)是讓PowerPC結(jié)構(gòu)盡快地占領(lǐng)市場， 601 是32 位計算機。其時鐘速度可達(dá)80MHz ， 每個時鐘周期可執(zhí)行3 條指令。

603 設(shè)計目標(biāo)是低端臺式機， 便攜機和膝上機， 它也是32 計算機， 性能與601 相當(dāng)， 但價格低并且執(zhí)行效率更高。它的時鐘速度為80MHz， 每個時鐘周期執(zhí)行兩條指令， 適用于低能耗要求的計算機。604設(shè)計目標(biāo)是臺式計算機和低端服務(wù)器， 也是32 位計算機， 但是604 使用了更先進(jìn)的超標(biāo)量設(shè)計技術(shù)， 以獲取更高的性能。604 的時鐘速度為100MHz ， 每個時鐘周期可執(zhí)行4 條指令。

620 設(shè)計目標(biāo)是高端服務(wù)器。PowerPC 系列機中的第1 個使用全64 位結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品， 它包含64 位寄存器和64 位數(shù)據(jù)通路。

PowerPC是三家公司聯(lián)盟推出的系列微處理器產(chǎn)品。盡管PowerPC產(chǎn)品都具有基本一致的體系結(jié)構(gòu)， 但是具體規(guī)格型號卻與制造公司有關(guān)， 由制造公司決定。一般而言， IMB 公司生產(chǎn)的PowerPC 芯片有PPC的簡稱， MOTOROLA 公司生產(chǎn)的PowerPC 芯片有MPC的簡稱。例如Motorola MPC620 時鐘速度為125MHz ， 每個時鐘周期可執(zhí)行4 條指令， 它是第一個采用真正64 位地址總線的PowerPC微處理器， 性能指標(biāo)大大優(yōu)于同時期的Pentium芯片。

2、微處理器市場中PowerPC的地位

從最早的PowerPC601 產(chǎn)品誕生起， PowerPC 在市場上就一直處于激烈的競爭之中。1994 年是PowerPC和Pentium的決戰(zhàn)年。從技術(shù)性能指標(biāo)上看，PowerPC 和Pentium各有千秋， PowerPC的性能價格比甚至比Pentuim 高出80 %。這兩個芯片的制造商都為自己的產(chǎn)品投入了大量的資金進(jìn)行廣告宣傳， 進(jìn)行激烈的市場競爭。這場市場競爭不僅僅是Power-PC和Pentium 的競爭，也是它們所代表的當(dāng)時RISC技術(shù)和CISC 技術(shù)的競爭， 以及這兩大產(chǎn)品生產(chǎn)集團(tuán)WINTEL 和AIM 的競爭。

在1994 年大搏斗中，Pentium芯片占了上風(fēng)， 在隨后的幾年里越發(fā)風(fēng)光一時，到目前為止已成為世界微處理器市場的主導(dǎo)產(chǎn)品。現(xiàn)在， 在Pentium 芯片或X86 芯片的周圍， 全球有幾千家廠家為其開發(fā)配套硬件、軟件和提供服務(wù)。相反， 盡管近幾年來PowerPC 也獲得了一定的市場份額， 大約每年占百分之十幾， 但是圍繞PowerPC 開發(fā)硬軟件的公司只有幾百家， 市場占有率始終沒有明顯的增長。

AIM聯(lián)盟對自己的PowerPC 產(chǎn)品的態(tài)度也幾經(jīng)曲折， 從92 年滿懷信心到96 年失望動搖，97 年以后到現(xiàn)在又重建信心繼續(xù)投入研發(fā)和市場競爭。

分析近年來PowerPC 的市場表現(xiàn)， 我們可以得出以下幾個觀點。

1.保護(hù)用戶原先在硬件和軟件上的投資是處理器開發(fā)重中之重。眾所周知， Pentium 是向下兼容處理芯片， 用戶在8088 ， 8086 ， 80286 ， 80386 ， 80486 微處理器芯片上所做的投資都能得到保持。在這方面Pentium占據(jù)上風(fēng)， 它留住了大量的X86產(chǎn)品的老用戶。而PowerPC 是相對獨立的微處理器芯片， 如果用戶買了基于PowerPC 的計算機產(chǎn)品， 那么這些用戶原先在計算機軟件硬件方面的投資就難于保持， 這是PowerPC參與微處理器市場競爭的薄弱環(huán)節(jié)。

2.對于一個新體系結(jié)構(gòu)的微處理器， 如果沒有強有力的軟件開發(fā)力量做后盾， 就很難引起用戶的興趣， 建立起使用信心。Pentium 新芯片的每一次推出都有Microsoft 公司的軟件開發(fā)支持。而AIM 聯(lián)盟在PowerPC芯片上投入的軟件開發(fā)力量有限， 許多軟件尤其是Windows95/98 和Windows NT 環(huán)境下的軟件在PowerPC硬件環(huán)境下不能運行， 這使得Power-PC失去了相當(dāng)大的市場份額。

3.從技術(shù)上講， PowerPC所代表的RISC技術(shù)還沒有取得剛出現(xiàn)時人們所期待的那樣大的技術(shù)優(yōu)勢。1994 年P(guān)owerPC剛進(jìn)入市場時， 它帶著人們對RISC技術(shù)優(yōu)勢巨大期望的光環(huán)。然而， 這四五年來， Pentium芯片一次又一次地大量集成復(fù)雜指令并且獲得市場認(rèn)同致使人們對RISC 技術(shù)的重要性產(chǎn)生了動搖。雖然Pentium 也帶有RISC 指令， 但本質(zhì)上講它是CISC型處理器。Pentium 的市場成功向人們表明CISC處理器仍然具有強大的生命力。

九十年代的的計算機體系結(jié)構(gòu)的一個顯著發(fā)展動向是CISC與RISC共存并且相互滲透。我們注意到在新型號PowerPC芯片中也集成了復(fù)雜指令。例如1998 年Motorola 公司為PowerPC 開發(fā)了一種所謂的“AltiVec”新技術(shù)， 不僅增加了MMX多媒體指令集， 而且包括了聯(lián)網(wǎng)和電話功能?，F(xiàn)在這一技術(shù)已得到Apple和IBM 的支持?！癆ltiVec”的出現(xiàn)標(biāo)志著在技術(shù)進(jìn)步方面PowerPC 緊追Pentium 不舍，兩個處理器的技術(shù)競爭與市場角逐在更高層次上繼續(xù)展開。

3、X86架構(gòu)的由來

1978年6月8日，Intel發(fā)布了新款16位微處理器8086，同時也開創(chuàng)了一個新時代：X86架構(gòu)誕生了。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，一如今天的X64、IA64等。

事實上，8086處理器發(fā)布之初并沒有獲得太多的關(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(biāo)準(zhǔn)，即使在當(dāng)今強大的多核心處理器上也能看到X86的身影。

在30年的發(fā)展當(dāng)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)放棄了PowerPC.

當(dāng)然，我們不能忘了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(dāng)時Intel也在推行64位技術(shù)，但是其IA64架構(gòu)并不兼容X86，只是用在服務(wù)器Itanim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。這其實也證明，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，其它公司依然可以改變X86的發(fā)展方向。

X86是一個intel通用計算機系列的標(biāo)準(zhǔn)編號縮寫，也標(biāo)識一套通用的計算機指令集合，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。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(biāo)識所使用的指令集，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。

4、X86架構(gòu)展望

英特爾推出X86架構(gòu)已滿30年了，同486相比，Pentium向前邁進(jìn)了一大步， 而PⅡ的前進(jìn)步伐則沒有這么大了，X86 CPU的發(fā)展似乎已到了盡頭。英特爾非常清楚，是X86指令集限制了CPU性能的進(jìn)一步提高，因此，他們正同惠普共同努力開發(fā)下一代指令集架構(gòu)（Instruction Set Architecture ，ISA） ： EPIC （Explicitly Parallel InstructionComputing，顯性并行指令計算）。對英特爾而言， IA－64（英特爾的64位架構(gòu)）是下一個10到15年的架構(gòu)。新的ISA將使英特爾擺脫X86架構(gòu)的限制，從而設(shè)計出超越所有現(xiàn)有RISC CPU和X86 CPU的新型處理器。

那么EPIC的先進(jìn)之處在什么地方呢？為什么英特爾會放棄使它成為芯片巨人的X86架構(gòu)呢？

IA－32的問題我們知道，工程師可以通過提高每個時鐘的指令執(zhí)行數(shù)來提高性能，英特爾新的指令集的首要目的在于，讓指令更容易解碼，更容易并行執(zhí)行。這樣就可以不受限制地開發(fā)新型處理器。但是，對工程師而言，兼容8086的X86指令集一直是必須完成的任務(wù)。畢竟，兼容前代產(chǎn)品是使英特爾成長壯大起來的關(guān)鍵因素，而且還可以保護(hù)用戶原先的投資和使用數(shù)以百萬計應(yīng)用軟件。

既然如此，為什么又要放棄整個X86指令集重新開始呢？X86的不足在什么地方？

1、可變的指令長度X86指令的長度是不定的，而且有幾種不同的格式，結(jié)果造成X86 CPU的解碼工作非常復(fù)雜，為了提高CPU的工作頻率，不得不延長CPU中的流水線，而過長的流水線在分支預(yù)測出錯的情況下，又會帶來CPU工作停滯時間較長的弊端。

2、寄存器的貧乏 X86指令集架構(gòu)只有8個通用寄存器，而且實際只能使用6個。這種情況同現(xiàn)代的超標(biāo)量CPU極不適應(yīng)，雖然工程師們采用寄存器重命名的技術(shù)來彌補這個缺陷，但造成了CPU過于復(fù)雜，流水線過長的局面。

3、內(nèi)存訪問 X86指令可訪問內(nèi)存地址，而現(xiàn)代RISC CPU則使用LOAD/STORE模式，只有LOAD和STORE指令才能從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)到寄存器，所有其他指令只對寄存器中的操作數(shù)計算。在CPU的速度是內(nèi)存速度的5倍或5倍以上的情況下，后一種工作模式才是正途。

4、浮點堆棧 X87 FPU是目前最慢的FPU，主要的原因之一就在于X87指令使用一個操作數(shù)堆棧。如果沒有足夠多的寄存器進(jìn)行計算，你就不得不使用堆棧來存放數(shù)據(jù)，這會浪費大量的時間來使用FXCH指令（即把正確的數(shù)據(jù)放到堆棧的頂部）。

5、4GB限制 這似乎不是問題，但是，在2000年前，主流PC只有4MB內(nèi)存，現(xiàn)在絕大部分PC裝備了2G以上的內(nèi)存，是以前的512倍，所以，PC內(nèi)存突破16GB絕對不會令人驚訝，大型服務(wù)器已經(jīng)使用了32GB以上的內(nèi)存，突破64GB內(nèi)存的情況已經(jīng)出現(xiàn)。

6、芯片變大所有用于提高X86 CPU性能的方法，如寄存器重命名、巨大的緩沖器、亂序執(zhí)行、分支預(yù)測、X86指令轉(zhuǎn)化等等，都使CPU的芯片面積變得更大，也限制了工作頻率的進(jìn)一步提高，而額外集成的這些晶體管都只是為了解決X86指令的問題

5、ARM的由來

1978年12月5日，物理學(xué)家赫爾曼·豪澤（HermannHauser）和工程師Chris Curry，在英國劍橋創(chuàng)辦了CPU公司（Cambridge Processing Unit），主要業(yè)務(wù)是為當(dāng)?shù)厥袌龉?yīng)電子設(shè)備。1979年，CPU公司改名為Acorn公司。

起初，Acorn公司打算使用摩托羅拉公司的16位芯片，但是發(fā)現(xiàn)這種芯片太慢也太貴?！耙慌_售價500英鎊的機器，不可能使用價格100英鎊的CPU！”他們轉(zhuǎn)而向Intel公司索要80286芯片的設(shè)計資料，但是遭到拒絕，于是被迫自行研發(fā)。

1985年，RogerWilson和Steve Furber設(shè)計了他們自己的第一代32位、6M Hz的處理器，Roger Wilson和Steve Furber 用它做出了一臺RISC指令集的計算機，簡稱ARM（Acorn RISC Machine）。這就是ARM這個名字的由來。

RISC的全稱是“精簡指令集計算機”（reduced instruction set computer），它支持的指令比較簡單，所以功耗小、價格便宜，特別適合移動設(shè)備。早期使用ARM芯片的典型設(shè)備，就是蘋果公司的牛頓PDA。

20世紀(jì)80年代后期，ARM很快開發(fā)成Acorn的臺式機產(chǎn)品，形成英國的計算機教育基礎(chǔ)。

1990年11月27日，Acorn公司正式改組為ARM計算機公司。蘋果公司出資150萬英鎊，芯片廠商VLSI出資25萬英鎊，Acorn本身則以150萬英鎊的知識產(chǎn)權(quán)和12名工程師入股。公司的辦公地點非常簡陋，就是一個谷倉。

20世紀(jì)90年代，ARM 32位嵌入式RISC（Reduced lnstruction SetComputer）處理器擴展到世界范圍，占據(jù)了低功耗、低成本和高性能的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。ARM公司既不生產(chǎn)芯片也不銷售芯片，它只出售芯片技術(shù)授權(quán)。

6、ARM的前景

微軟公司（2011年）宣布，下一版Windows將正式支持ARM處理器。這是計算機工業(yè)arm處理器發(fā)展歷史上的一件大事，標(biāo)識著x86處理器的主導(dǎo)地位發(fā)生動搖。在移動設(shè)備市場，ARM處理器的市場份額超過90%；在服務(wù)器市場，2011年就會有2.5GHz的服務(wù)器上市；在桌面電腦市場，又有了微軟的支持。ARM成為主流，恐怕指日可待。難怪有人驚呼，Intel公司將被擊?。RM微處理器核技術(shù)廣泛應(yīng)用于便攜式通信產(chǎn)品、手持運算、多媒體和嵌入式解決方案等領(lǐng)域，已成為RISC的標(biāo)準(zhǔn)。

與這場轟轟烈烈的變革相比，它的主角ARM公司卻沒有受到太多的關(guān)注，顯得不太起眼。這家遠(yuǎn)離硅谷、位于劍橋大學(xué)的英國公司，到底是怎么走到今天的，居然能將芯片巨人Intel拉下馬？

展望未來，即使Intel成功地實施了Atom戰(zhàn)略，將x86芯片的功耗和價格大大降低，它與ARM競爭也將非常吃力。因為ARM的商業(yè)模式是開放的，任何廠商都可以購買授權(quán)，所以未來并不是Intel vs. ARM，而是Intel vs. 世界上所有其他半導(dǎo)體公司。那樣的話，Intel的勝算能有多少呢？

2012年10月29日AMD做出了一個震驚業(yè)界的宣布：AMD將會設(shè)計基于64-bit ARM架構(gòu)的處理器，首先從云和數(shù)據(jù)中心服務(wù)器領(lǐng)域開始。AMD、ARM在服務(wù)器領(lǐng)域的合作已經(jīng)得到了戴爾、惠普兩大服務(wù)器廠商，以及服務(wù)器系統(tǒng)廠商RedHat的鼎力支持，新的生態(tài)系統(tǒng)已具雛形，AMD能否借此東山再起？

AMD的首批ARM處理器于2014年問世，仍將披掛Opteron皓龍品牌。這種64位的多核心SoC會針對數(shù)據(jù)中心中份額最大的密集型高能效服務(wù)器進(jìn)行優(yōu)化，提供現(xiàn)代計算體驗，并整合收購而來的SeaMicro Freedom超級計算光纖互聯(lián)技術(shù)。

7、PowerPC架構(gòu)相比于ARM的優(yōu)勢

powerpc芯片憑借其出色的性能和高度整合和技術(shù)先進(jìn)特性在網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用，工業(yè)控制應(yīng)用，家用數(shù)字化，網(wǎng)絡(luò)存儲領(lǐng)域，軍工領(lǐng)域，電力系統(tǒng)控制等都具有非常廣泛的應(yīng)用。

由于PowerPC相對ARM器件來說價格稍貴，另外ARM開發(fā)工具盜版到處都是，所以在中國目前來說PowerPC不是很普及．但在一些歐美國家應(yīng)用很廣泛的。個人覺得PowerPC相對ARM優(yōu)勢有下面幾點說明：

1、整合度高以及技術(shù)先進(jìn)性，現(xiàn)在Freescale PowerPC 處理器集成USB，PCI，DDR控制器，SATA控制器，千兆網(wǎng)口控制器，CAN控制器，RapidIO以及PCI_Express控制器，IEEE1588通信協(xié)議，支持各種通信協(xié)議CPM協(xié)處理器 ，DMA，SPI，I２C.UART等，客戶無須設(shè)計復(fù)雜的外圍電路，減少設(shè)計復(fù)雜程度以及物料使用，ARM這點比不上。

2、芯片可選范圍大，性能高，升級容易，從５０M-1.7G都有處理器，而且POwerPC將向多核處理器發(fā)展，如已經(jīng)推出集成雙e500 coreMPC8572，MIPS性能高達(dá)６８９７，ARM我看頻率是１G的都沒有，ARM 大概是 1.1 MIPS/MHz，Power Architecture 是大于2.0MIPS/MHz，所以PowerPC在高端嵌入式應(yīng)用，占有很大比例，ARM這點比不上 。

3、開發(fā)難度方面，其實PowerPC處理器開發(fā)難度并不是很高，只不過因為開發(fā)的人少，所以中文資料相對較少，另外開發(fā)工具也不象ARM那么多盜版的，所以總有些人抱怨PowerPC處理器開發(fā)難度大，如Freescale都免費給客戶提供Datasheet，設(shè)計詳細(xì)文檔給用戶，而且最底層驅(qū)動，F(xiàn)reesclae都已經(jīng)開發(fā)好．你可以在他們論壇上提問，或者發(fā)郵件給技術(shù)支持，他們很快都能回復(fù)的， 相信以后用的人會越來越多。

4、價格方面，總有人抱怨說PowerPC處理器價格貴，相對ARM來說，同樣頻率的，可能會貴點，但是如果是MIPS/MHz性能比較以及整合的外圍電路來說，PowerPC還是有一定優(yōu)勢的，F(xiàn)reescale也意識到這個問題，所以推出了向工作頻率低點的MPC8313，MPO8323等低價格處理器，另外如coldfire也推出低價格處理器，隨著Freescale后面產(chǎn)品繼續(xù)推出，PowerPC處理器價格會越來越便宜。

5、PowerPC 的結(jié)構(gòu)尤其在功耗方面的束縛可能導(dǎo)致其在嵌入式領(lǐng)域沒有如ARM那樣大的伸縮性。

二者定位不同：ARM面向的低端消費類市場，拼的是功耗；PowerPC面向的是中高端市場，比的是性能，好像還沒看到誰的手機是PowerPC的，也沒有看到誰家企業(yè)級以上的交換機是用ARM做的。PowerPC在嵌入式領(lǐng)域的應(yīng)用是在中高端的，不在消費領(lǐng)域，比如企業(yè)級以上的交換機，大機架上鏟平，對功耗應(yīng)該是考慮次要的，這類產(chǎn)品都是由單獨的AC/DC的電源，而且機箱中一般都有風(fēng)扇。所以功耗應(yīng)該不是問題。ARM都是面向消費電子的。

ARM在消費電子領(lǐng)域的優(yōu)勢非常明顯，如此流行的原因我認(rèn)為有三個方面：價格便宜、配套IP完備、集成使用方便。

至于性能和低功耗方面，ARM要弱于PowerPC。Power系列的芯片主要用于交換機、網(wǎng)絡(luò)處理器、及sony的游戲機等應(yīng)用上，這類的應(yīng)用場合對處理器的性能要求非常強烈，ARM難以勝任 ARM和MIPS在消費領(lǐng)域存在著競爭，MIPS陣營的產(chǎn)品在功耗和面積上具有優(yōu)勢，但MIPS提供的開發(fā)工具不如ARM便捷。

8、Powerpc架構(gòu)與X86架構(gòu)的區(qū)別

power和intel x86對比，要看怎么比了。首先，在高端服務(wù)器領(lǐng)域，power的大規(guī)模SMP系統(tǒng)性能（目前最高的power795可以配置256個4GHz處理核心）即使8路E7 v2頂配 120個核心也是難以望其項背的，當(dāng)然低端入門級領(lǐng)域intel在同等價格的前提下性能有很大優(yōu)勢也是事實（企業(yè)級市場intel產(chǎn)品線的價格還是很宜人的）。

其次，power系統(tǒng)在硬件層面的可靠性、可用性、可維護(hù)性（業(yè)界俗稱RAS）方面明顯強于x86系統(tǒng)，intel只提供處理器，整機需要廠商自己去設(shè)計，中小廠商基本靠intel的公版方案做白牌裝機商，只有大品牌（比如IBM HP之類）才有自己的獨道設(shè)計，x86的雜牌軍和IBM從芯片開始設(shè)計的整機方案無法相比。第三，power機器一般運行AIX系統(tǒng)居多，少數(shù)linux系統(tǒng)；x86基本運行win和linux系統(tǒng)。

AIX在系統(tǒng)穩(wěn)定性、軟件方案集成度（例如HA軟件、備份軟件、集群文件系統(tǒng)等等）、廠商技術(shù)支持能力強于開放平臺。第四，商用IT系統(tǒng)的用戶選用什么平臺主要看軟件需求，有些要求7*24不能宕機不能丟數(shù)據(jù)的關(guān)鍵性應(yīng)用在操作系統(tǒng)選擇方面有很大的局限性（例如銀行、電信等等），這些領(lǐng)域x86想獲得機會，需要依靠應(yīng)用軟件移植和win/linux這類開放OS可靠性大幅提升才有可能完成，無論哪一個都不是容易做到的。

power和sparc、安騰是UNIX界的三駕馬車，共同支撐起絕大部分企業(yè)的關(guān)鍵性應(yīng)用平臺，xeon從低端起家，逐漸向中端蠶食，高端市場目前還無力企及。軟件層面，unix平臺的縮水和win/linux的進(jìn)取是不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。power和x86的對比，單純對比芯片本身意義不大，也和普通消費者沒有直接關(guān)系。

8.1硬件體系

從處理能力來說，單Hz的處理能力x86已經(jīng)超過了Power系列，這是毋庸置疑的。但是Power有其明顯的優(yōu)點。它采用了標(biāo)準(zhǔn)的SMP結(jié)構(gòu)，也就是說對于內(nèi)存來說所有CPU訪問的速度都是一致的，而x86采用了NUMA結(jié)構(gòu)，這就是說CPU和內(nèi)存是分區(qū)的，每個CPU訪問自己的這部分內(nèi)存特別快，但是如果需要訪問其它部分那就要走QPI總線（現(xiàn)在已經(jīng)在不斷改進(jìn)了），這也客觀上造成了隨著CPU數(shù)量的增多，處理能力的增長Power系列的線性程度遠(yuǎn)好于x86（這也是為什么很少會用4路以上的x86服務(wù)器）。而且作為小型機，封閉系統(tǒng)，其設(shè)計更加完整緊湊，綜合起來性能強于x86。

8.2.軟件體系

硬件體系是自己的，操作系統(tǒng)也是自己的（AIX等），所以整合起來Power系列的整體穩(wěn)定性要強于x86服務(wù)器，而且運維也方便（特別是對于一些外圍硬件，如果使用IBM更加容易用），抗壓能力也強（小型機90%的CPU占用率，運行幾個星期可能都OK，x86幾天就估計出問題了）但是Power系列的小型機的價格太高了，而且已經(jīng)趕不上技術(shù)的變化了，由于Google的崛起，云計算的興盛，現(xiàn)在的分布式系統(tǒng)的成熟度越來越高，系統(tǒng)已經(jīng)越來越不依賴幾臺小型機來提供穩(wěn)定可靠性，而是通過集群來提供，性能也能夠通過分布式的處理來解決。

所以x86的使用越來越廣泛，而最新的一些低成本但是能夠帶來高效能的新技術(shù)都在x86體系下得到應(yīng)用（x86市場占有率高，也開放），而Power系列由于其封閉的特性，反而難以得到應(yīng)用，所以Power系列的小型機優(yōu)勢越來越不明顯，已經(jīng)在逐漸退出歷史舞臺了。

8.3 面臨的共同問題

性能瓶頸——報酬遞減法則盡管CPU 時鐘頻率不斷提高，但其實際處理能力卻并沒有成比例提高，例如一個2GHz CPU的處理能力并不是一個1GHz CPU 的兩倍，目前還很難解釋產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因。

另外因為內(nèi)存的處理能力（performance）與CPU 的處理能力（performance）不匹配，CPU大部分時間在等待，不做任何事情（HP 估計服務(wù)器的CPU 這種不做任何事情的時間占70%）。

這種內(nèi)存的延遲是不可能消除，因此當(dāng)程序需要CPU 訪問大量內(nèi)存時，這種內(nèi)存延遲將極大地影響程序的運行，此時CPU 處理能力不能接近其真實的處理能力。當(dāng)然CPU 的cache 能夠減少這種延遲的影響，提高處理能力，但是cache 的提升效果極大的依賴于cache 的類型和軟件使用的算法。

目前在x86 系列CPU 中，一些新技術(shù)的應(yīng)用，對CPU 的處理能力只有些許的提高，這些新技術(shù)所以被應(yīng)用，多源于Intel 和AMD 競爭的結(jié)果?，F(xiàn)在CPU 的時鐘已經(jīng)變得非常高了，處理能力不等比例增長問題也變得更加嚴(yán)重，這意味著提高時鐘頻率對提高整體的處理能力收效甚微。SPEC Benchmark 測試表明：在DELL 工作站上面當(dāng)增加50%的CPU 時鐘頻率，同時輔助以hyper-threading 技術(shù)時，CPU 處理能力只有26%的增加，而在Itanium 2 CPU 系統(tǒng)上面，時鐘頻率只提高11%，但是cache 增加一倍，CPU 處理能力提高50%。但是cache 增加到一定程度以后，對性能的影響又會減弱。

當(dāng)然，CPU 的處理能力與很多因素相關(guān)，比如cache 的大小、cache 的設(shè)計、內(nèi)存接口、編譯器及其設(shè)置、程序語言和程序編寫員等因素。有些時候，換一種編寫語言都比換CPU 更好，有時候換個編程人員就能獲得很大提高。

總之，無論是x86 還是PowerPC 處理器，由于時鐘頻率和cache 等因素的非線性影響，處理器性能的提高遇到嚴(yán)重挑戰(zhàn)，兩者遇到的瓶頸與挑戰(zhàn)是相同的。

8.4 處理能力（Performance）比較

90 年代末期，AMD 成為Intel 公司的強有力競爭者，兩個公司都致力于開發(fā)新型的更快速的x86CPU。這種激烈的競爭，導(dǎo)致x86 處理器的處理能力飛速的提高，一度極大的超過了RISC 處理器（如果你相信benchmark 的話）。然而RISC 處理器廠商也意識到這個問題，開始設(shè)計生產(chǎn)更快的RISC 處理器。但是具有諷刺意味的是，當(dāng)把這些CPU 按照相同的幾何學(xué)構(gòu)造以后，運行最快的Alpha 21364 使用的卻是7 年前的核設(shè)計的。

盡管PowerPC 處理器最初設(shè)計目標(biāo)是桌面系統(tǒng)，但是它最大的應(yīng)用卻是更關(guān)心功耗的嵌入式應(yīng)用。PowerPC G4 處理器使用低速的單數(shù)據(jù)速率（single datarate）總線，而不象x86 處理器使用的是雙數(shù)據(jù)速率甚至四數(shù)據(jù)速率（double or quad data rate）總線，這個方面PowerPC沒法與x86 競爭。目前PowerPC 的處理器在主頻上沒法和x86 處理器相比，但是根據(jù)報酬遞減法則這種高主頻并不能反映處理器的真實處理能力。X86 處理器的確非?？焖伲遣]有你想象的那么快。

8.5 矢量處理比較

矢量處理也叫做SIMD（SingleInstruction Multiple Data），用來進(jìn)行一些專門的處理，使用它可以使這些處理性能成倍的提高。

X86 和PowerPC 都有這樣的矢量單元，以支持矢量指令，x86 處理器上是MMX，MMX2，SSE和SSE2。這些矢量單元有8 個128 位寄存器，但是這些寄存器不能同時執(zhí)行浮點指令。X86 處理器的浮點單元功能一直非常弱，現(xiàn)在x86 處理器都使用SSE 進(jìn)行浮點運算，甚至于Intel 公司投資開發(fā)編譯器使處理器自動使用SSE 單元進(jìn)行浮點運算，而不管編程人員是否愿意這樣。

PowerPC 從一開始就有更好的矢量處理能力，當(dāng)Apple，IBM 和Motorola 修訂PowerPC 指令集時就考慮矢量處理能力，并增加了Altivec 單元。Altivec 單元具有32 個128 位寄存器，PowerPC 從G4 開始就集成Altivec 單元，并在以后的版本繼續(xù)集成AltiVec 單元，同樣的在970中也集成AltiVec 單元。

因為Altivec 對內(nèi)存需要更苛刻，G4的總線接口降低了Altivec 性能，但是Altivec 比SSE具有更多的寄存器，因此Altivec 不需要頻繁的訪問內(nèi)存，而SSE 恰恰通過頻繁的訪問內(nèi)存來提高處理能力。Altivec 單元能獨立操作并同時進(jìn)行浮點運算。

8.6 功耗比較

X86 和PowerPC 最大的不同在于功耗，由于PowerPC 是為嵌入式應(yīng)用設(shè)計，并且主要用于嵌入式系統(tǒng)，因此具有很低的功耗。X86 處理器恰恰相反，由于采用古老的效率低下的體系結(jié)構(gòu)，具有很高的功耗，在x86 處理器中，一切新技術(shù)的目的都是為了增加處理能力和時鐘主頻，這進(jìn)一步增加了處理器功耗。3GHz Pentium 4 處理器與1GHz 的PowerPC G4 （7447）處理器比較，在功耗上相差10 多倍。

G4 的最大功耗是10w，Intel 不公布功耗的圖表，只給出了熱能消耗等級，這個數(shù)字大約為30w，低于最大功耗數(shù)值，按照這個熱能等級圖表，P4 3GHz 處理器的設(shè)計功率額度為81.9w 但是實際的最大功率應(yīng)該達(dá)到并可能超過100w。單個P4 3GHz 處理器的功耗是一個Pegasos 主板的4 倍，而這種主板上面還包括一個1G 的G4 處理器。

9、為何蘋果放棄Powerpc采用X86架構(gòu)

除了能耗太高之外，并導(dǎo)致筆記電腦使用時間無法延長也是個阻礙發(fā)展的原因之一。

PowerPC的使用范圍除了蘋果電腦之外，其他廠商使用的比例極低，導(dǎo)致研發(fā)成本與實際銷售獲利彼此的拉扯，反觀Intel持續(xù)以高效能、極短的開發(fā)周期，不斷推出新的內(nèi)核，更換Intel以商業(yè)角度其實頗為合理最重要還有軟體上的考量，蘋果的作業(yè)系統(tǒng)本身，到了OS 9的時候已經(jīng)面臨難以大幅提升效能、無法輕易相容與其他Wintel電腦的刻板印象，這時候Steve Job回來蘋果，并帶回了離開蘋果時所經(jīng)營的NeXT系統(tǒng)（一個源自于Unix分支的系統(tǒng)）這也是為什么蘋果系統(tǒng)叫OS X而不叫OS10的原因，而Unix系統(tǒng)是可以經(jīng)由調(diào)整相容于Intel 或PowerPC（早期的Linux 都會有intel版本或PPC-PowerPC版本）

相信蘋果從一開始開發(fā)Mac OS X就已經(jīng)在鋪陳更換Intel內(nèi)核所需的研究。

很多使用者對于使用蘋果電腦會無法使用原本在Windows下的軟體功能感到憂心，一旦使用Intel內(nèi)核，除了調(diào)整作業(yè)系統(tǒng)以適用于Intel，另外好處是，在Mac環(huán)境下使用Windows也就不是難事了。

現(xiàn)在蘋果使用者大幅提升，有非常多正是因為蘋果電腦除了自身系統(tǒng)外，卻也能兼顧原本W(wǎng)indows環(huán)境，而勇于轉(zhuǎn)換平臺的使用者，不是嗎。

就現(xiàn)在來說當(dāng)初老喬全面轉(zhuǎn)向intel平臺降低了多方面的門檻：

1. 價格：PPC是當(dāng)年apple價格高企的原因之一，就總體價格而言intel平臺成本比PowerPC低的多，配置上也更容易多樣化，且intel迭代速度快容易刺激銷售增長。

2. 軟件：編程語言方面我沒有發(fā)言權(quán)，但相信intel架構(gòu)的普及率降低了軟件的開發(fā)門檻，而且現(xiàn)在的app比PPC時代多的多。

3. 市場：對市場受眾而言intel平臺的apple更具有親和力，兼容性好、用不慣OS X分分鐘就能裝Windows，消費者可以很放心地入手，市場占有率也由此大幅度提升。

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