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CPU恩仇錄——X86的故事

我們經常能在電腦相關文章中經常能看到“X86架構“這個詞, 不瞭解的人經常會提出疑問, X86到底是什麼?那麼, 今天我們就帶著疑問, 一起走進X86。

第一款X86架構CPU——8086

CPU架構是CPU廠商給屬於同一系列的CPU產品定的一個規範, 主要目的是為了區分不同類型CPU的重要標誌。

目前市面上的CPU指令集分類主要分有兩大陣營:一個是Intel、AMD為首的複雜指令集CPU, 另一個是以IBM、ARM為首的精簡指令集CPU。 當然, Intel生產的少量ARM架構CPU不在我們今天的討論之列。

X86這三個字母到底代表什麼?X86是一個Intel通用電腦系列的標準編號縮寫, 也標識一套通用的電腦指令集合。 X86指的是特定微處理器執行的一些電腦語言指令集, 定義了晶片的基本使用規則, 例如:今天的X64、IA-64等。 關於名稱的來歷。

穿越歷史, 回到1978年6月8日, Intel發佈了新款16位元微處理器——8086, 也同時開創了一個新時代:X86架構誕生了。 Intel 8086的內部結構, 如下圖所示。

Intel 8086處理器內部結構

事實上, 8086處理器發佈之初並沒有獲得太多關注, 開始也沒有被大範圍採用, 但它在PC業界的地位怎麼形容都不為過, 這就是因為它帶來了X86。 它不僅成就了Intel如日中天的地位, 也成為了一種業界標準, 即使是在當今強大的多核心處理器上也能看到X86的身影。

現在, 想必大家已經明白了:X與處理器沒有任何關係, 它是一個對所有某86系統的簡單的萬用字元定義, 例如:8086、80286(就是我們曾經親切地稱之為“286”的那個CPU)、i386、586、奔騰(pentium)。

由於早期Intel的CPU編號都是如8086、80286來編號, 由於這整個系列的CPU都是指令相容的, 所以都用X86來標識所使用的指令集合。 如今的奔騰、P2、P4、賽揚系列都是支援X86指令系統的, 所以都屬於X86家族。

在40多年的發展史中, X86家族不斷壯大, 從桌面轉戰筆記本、伺服器、超級電腦、編寫設備, 期間還挫敗或者限制了很多競爭對手的發展, 讓不少處理器廠商及其架構技術成為歷史名字, 即使有些封閉發展的也難以為繼, 比如蘋果就已經放棄PowerPC了。

在這裡, 我們不得不聊一聊一個故事:X86-64和EM64T的鬥爭。

2003年, AMD推出了業界首款64位處理器Athlon 64,

也帶來了x86-64, 即x86指令集的64位元擴展超集合, 具備向下相容的特點。 當時Intel也在推行64位技術, 但其IA-64架構並不相容x86, 只是用在伺服器處理器Itanium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。

對此, AMD和Intel互相指責對方, 但無論如何至少推廣了64位技術的發展和普及, 也讓x86技術得以繼續發揚光大。

關於這場“鬥爭”, 一位權威人士是這樣評價的:“這證明, x86指令集的彈性完全可以拿來對付Intel, 所以即使Intel統治了整個市場, 其他公司依然可以改變x86的發展方向。 ”

講完兩個全球最大X86架構CPU生產商的恩恩怨怨。 書接前文, 我們再來說說曾經擁有“獨門絕技”——PowerPC的蘋果是緣何棄用了PowerPC架構轉而採用了X86架構。

最後一款採用Power PC架構的蘋果電腦——iBook G4

彼時, Power PC能耗太高導致待機時間短暫。 而且PowerPC的使用範圍除了蘋果電腦之外, 其他廠商使用的比例極低, 導致研發成本與實際銷售獲利彼此的互相制約。 反觀Intel持續以高效能、極短的開發週期, 不斷推出新的內核, 更換Intel以商業角度其實頗為合理。 最重要還有軟體上的考量, 蘋果的作業系統本身,到了OS 9的時候已經面臨難以大幅提升效能,給人留下無法輕易相容其他可運行Windows系統的電腦的刻板印象,這時候約伯斯重返蘋果,並帶回了離開蘋果時所經營的NeXT系統(一個源自於Unix分支的系統)。這也是為什麼蘋果系統叫OS X而不叫OS 10的原因(原來此次iphone X是有傳統的啊),而Unix系統是可以經由調整相容於Intel 或PowerPC(早期的Linux 都會有Intel版本或PPC-PowerPC版本)。而蘋果從一開始開發Mac OS X就已經在佈局更換Intel內核所需的研究。

而推動這種改變的最重要因素則是使用者。很多使用者對於使用蘋果急死俺級會無法使用原本在Windows下的軟體功能感到擔憂,一旦使用Intel內核,除了調整作業系統以適用於Intel,另外好處是,在Mac環境下使用Windows也就不是難事了。現在蘋果使用者數量相較幾年前大幅提升,是因為蘋果電腦除了Mac系統外,卻也能兼顧原本Windows環境,所以我們看到了越來越多雙系統的Macbook 與Mac Pro的使用者。

總結一下:雖然X86架構“一統天下”,但我們還是盼望著越來越多運算功能更強大、能效比更高、發熱量更小的架構被研製出來。進一步增加積體電路集成度。讓電腦融入生活的每一個角落。

蘋果的作業系統本身,到了OS 9的時候已經面臨難以大幅提升效能,給人留下無法輕易相容其他可運行Windows系統的電腦的刻板印象,這時候約伯斯重返蘋果,並帶回了離開蘋果時所經營的NeXT系統(一個源自於Unix分支的系統)。這也是為什麼蘋果系統叫OS X而不叫OS 10的原因(原來此次iphone X是有傳統的啊),而Unix系統是可以經由調整相容於Intel 或PowerPC(早期的Linux 都會有Intel版本或PPC-PowerPC版本)。而蘋果從一開始開發Mac OS X就已經在佈局更換Intel內核所需的研究。

而推動這種改變的最重要因素則是使用者。很多使用者對於使用蘋果急死俺級會無法使用原本在Windows下的軟體功能感到擔憂,一旦使用Intel內核,除了調整作業系統以適用於Intel,另外好處是,在Mac環境下使用Windows也就不是難事了。現在蘋果使用者數量相較幾年前大幅提升,是因為蘋果電腦除了Mac系統外,卻也能兼顧原本Windows環境,所以我們看到了越來越多雙系統的Macbook 與Mac Pro的使用者。

總結一下:雖然X86架構“一統天下”,但我們還是盼望著越來越多運算功能更強大、能效比更高、發熱量更小的架構被研製出來。進一步增加積體電路集成度。讓電腦融入生活的每一個角落。

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