arm vs AArch64 vs amd64 vs x86_64 vs x86：有什么区别？

当涉及到 CPU 的时候，有许多术语：AArch64、x86_64、amd64、arm 等等。了解它们是什么以及它们之间的区别。

当你查看数据表或软件下载页面时是否被 ARM、AArch64、x86_64、i386 等术语混淆？这些被称为 CPU 架构，我会帮你深入了解这个计算话题。

以下的表将为你总结每个字符串所代表的意义：

CPU 架构	描述
`x86_64` /`x86`/`amd64`	64 位 AMD/英特尔 CPU 的别称
`AArch64` /`arm64`/`ARMv8`/`ARMv9`	64 位 ARM CPU 的别称
`i386`	32 位 AMD/英特尔 CPU
`AArch32` /`arm`/`ARMv1` 到 `ARMv7`	32 位 ARM CPU 的别称
`rv64gc` /`rv64g`	64 位 RISC-V CPU 的别称
`ppc64le`	64 位 PowerPC CPU，小端字节序存储

从左到右是使用该术语来描述 CPU 架构超过其右侧其他可选用术语的偏好。

从左到右是使用该术语描述 CPU 架构的优先级，使用左侧的而不是其右侧的其他可供选择的术语。

如果你像我一样是个极客，并想要更深入地解释，请继续阅读！

概述：CPU 架构

通常来说，我之前列出的术语是描述 CPU 架构的。但严格讲，它们被计算机工程师视为 CPU 的指令集架构 Instruction Set Architecture （ISA）。

CPU 的指令集架构定义了 CPU 如何解析二进制代码中的 1 和 0。

这些 CPU 的 ISA 有几个主要的类别：

x86（AMD/英特尔）
ARM
RISC-V
PowerPC（IBM 仍在使用）

当然，还有更多种类的 CPU ISA，比如 MIPS、SPARC、DEC Alpha 等等。但我列出的这些至今仍然被广泛使用（以某种形式）。

上述列出的 ISA 主要根据 内存总线的宽度 分为至少两个子集。内存总线的宽度指的是 CPU 和 RAM 一次能传输的位数。内存总线有很多种宽度，但最常见的是 32 位和 64 位。

? 32 位的 CPU ISA 要么是已经过时的历史产物，被留下来要么只是为了支持旧的系统，要么只运用在微控制器中。可以说，所有新的硬件都已经是 64 位的了，特别是那些面向消费者的硬件。

x86（AMD/英特尔）

x86 CPU 的指令集架构主要源于英特尔，因为英特尔是最初搭配 8085 微处理器创建了它。8085 微处理器的内存总线宽度为 16 位。而后来，AMD 加入了这个领域，并且一直紧随英特尔的步伐，直到 AMD 创建出了自己的超集 64 位架构，超过了英特尔。

x86 架构的子集如下：

i386：如果你拥有的是 2007 年之前的 CPU，那么这可能就是你的 CPU 架构。它是现在使用的 AMD/英特尔的 x86 架构的 32 位“版本”。
x86_64/x86/amd64：这三个术语在不同的项目中可能会被交替使用。但它们都是指 x86 AMD/英特尔架构的 64 位“版本”。无论如何，x86_64 这个字符串比 x86 和 amd64 使用得更广泛（也更受欢迎）。例如，FreeBSD 项目称 64 位的 x86 架构为 amd64，而 Linux 和 macOS 则称之为 x86_64。

? 由于 AMD 在创造 64 位 ISA 上超越了英特尔，所以一些项目（比如 FreeBSD）把 x86 的 64 位版本称为 amd64。但更被广泛接受的术语还是 x86_64。

对于 CPU ISA，“x86” 这个字符串是一种特殊的情况。你要知道，在从 32 位的 x86（i386）到 64 位的 x86（x86_64）的过渡过程中，CPU 制造商确保了 CPU 能够运行 32 位和 64 位指令。所以，有时你可能会看到 x86 也被用来意指“这款产品只能运行在 64 位的计算机上，但如果该计算机能运行 32 位指令，那么你也可以在它上面运行 32 位的用户软件”。

这种 x86 的模糊性——也就是诸如能同时运行 32 位代码的 64 位处理器——其主要用于和存在于运行在 64 位处理器上的，但是允许用户运行 32 位软件的操作系统，Windows 就通过这种被称作“兼容模式”的特性运用了这种方式。

汇总一下，由 AMD 和英特尔设计的 CPU 有两种架构：32 位的（i386）和 64 位的（x86_84）。

其它的英特尔

x86_64 ISA 实际上有几个子集。这些子集都是 64 位，但它们新添加了诸如 SIMD（单指令多数据 Single Instruction Multiple Data ）指令等功能。

x86_64-v1：这是大多数人都熟知的基础 x86_64 ISA。当人们谈论 x86_64 时，他们通常指的就是 x86_64-v1 ISA。
x86_64-v2：此版本新增了更多如 SSE3（流式 SIMD 扩展版本 3 Streaming SIMD Extensions 3 ）之类的指令扩展。
x86_64-v3：除了基础指令外，还新增了像 AVX（高级矢量扩展 Advance Vector eXtensions ）和 AVX2 等指令。这些指令可以使用高达 256 位宽的 CPU 寄存器！如果你能够有效利用它们，就能大规模并行处理计算任务。
x86_64-v4：这个版本在 x86_64-v3 ISA 的基础上，迭代了更多的 SIMD 指令扩展，比如 AVX256 和 AVX512。其中，AVX512 可以使用高达 512 位宽的 CPU 寄存器！

ARM

ARM 不仅是一家为 CPU ISA 制定规范的公司，它也设计并授权给其他厂商使用其 CPU 内核，甚至允许其他公司使用 ARM CPU ISA 设计自己的 CPU 内核。（最后那句话听起来就像是个 SQL 查询似的！）

你可能因为如树莓派这类的单板计算机 Single Board Computer ）（SBC）听说过 ARM。但其实 ARM 的 CPU 还广泛应用于手机中。最近，苹果从使用 x86_64 处理器转向了在其笔记本和台式机产品中使用自家设计的 ARM 处理器。

就像任一种 CPU 架构一样，ARM 基于内存总线宽度也有两个子集。

官方认定的 32 位和 64 位 ARM 架构的名称分别是 AArch32 和 AArch64。这里的 AArch 字符串代表 “ Arm 架构 Arm Architecture ”。这些是 CPU 执行指令时可切换的模式。

实际符合 ARM 的 CPU ISA 的指令规范被命名为 ARMvX，其中 X 是规范版本的代表数字。目前为止，已经有九个主要的规范版本。规范 ARMv1 到 ARMv7 定义了适用于 32 位 CPU 的架构，而 ARMv8 和 ARMv9 是适用于 64 位 ARM CPU 的规范。（更多信息在此）

? 每个 ARM CPU 规范又有进一步的子规范。例如 ARMv8，我们有 ARMv8-R、ARMv8-A、ARMv8.1-A、ARMv8.2-A、ARMv8.3-A、ARMv8.4-A、ARMv8.5-A、ARMv8.6-A、ARMv8.7-A、ARMv8.8-A 和 ARMv8.9-A。其中 -A 表示“应用核心”，-R 表示“实时核心”。

你可能会觉得困惑，为什么在 AArch64 正式被 ARM 认定为 64 位 ARM 架构后，有些人仍然称其为 arm64。原因主要有两点：

arm64 这个名称在 ARM 决定采用 AArch64 之前就已经广为人知了。（ARM 的一些官方文档也将 64 位的 ARM 架构称为 arm64…… ?）
Linus Torvalds 对 AArch64 这个名称表示不满。因此，Linux 的代码库主要将 AArch64 称为 arm64。然而，当你在系统中运行 uname -m 时，输出仍然是 aarch64。

因此，对于 32 位 ARM CPU，你应该寻找 AArch32 这个字符串，但有时也可能是 arm 或 armv7。相似的，对于 64 位 ARM CPU，你应该找 AArch64 这个字符串，但有时也可能会是 arm64、ARMv8 或 ARMv9。

RISC-V

RISC-V 是 CPU 指令集架构（ISA）的一个开源规范。**但这并不意味着 CPU 自身是开源的！**这有点像以太网的情况。以太网规范是开源的，但你需付费购买网线、路由器和交换器。同样，RISC-V CPU 也要花钱购买。 ?

尽管如此，这并没有阻止人们创建并在开源许可下提供免费获取（设计上的获取，并非物理核心/SoC）的 RISC-V 核心。这是其中的一项尝试。

? 总结一下：如果你在寻找运行于 RISC-V 消费级 CPU 上的软件，你应该寻找 “rv64gc” 这一字符串。这是许多 Linux 发行版所公认的。

像所有 CPU 架构一样，RISC-V 拥有 32 位和 64 位 CPU 架构。但由于 RISC-V 是非常新的描述 CPU ISA 的方式，大部分主流消费端或客户端的 CPU 核心一般都是 64 位的。大部分 32 位的设计都是微控制器，用于非常具体的用例。

它们的区别在于 CPU 的扩展。被称为 RISC-V CPU 的最低要求即实现“ 基本整数指令集 Base Integer Instruction Set ”（rv64i）。

下表列出了一些扩展及其描述：

扩展名称	描述
`rv64i`	64 位基本整数指令集（必须的）
`m`	乘法和除法指令
`a`	原子指令
`f`	单精度浮点指令
`d`	双精度浮点指令
`g`	别名；一组运行通用操作系统所需的扩展集（包括 `imafd`）
`c`	压缩指令

在 rv64i 这一字符串中，rv 表示 RISC-V，64 指的是 64 位 CPU 架构，而 i 指的是强制性的基本整数指令集扩展。 rv64i 之所以是一体的，因为即使 i 被认为是一种“扩展”，但它是必须的。

约定俗成的，扩展名称按上述特定顺序排列。因此，rv64g 展开为 rv64imafd，而不是 rv64adfim。

? 还有其他一些像 Zicsr 和 Zifencei 这样的扩展，它们位于 d 和 g 扩展之间，但我故意不列出，以避免令你感到害怕。

因此，严格说来，（在写这篇文章的时候）rv64g 实际上是 rv64imafdZicsrZifencei。恶魔般的笑声

PowerPC

PowerPC 曾是苹果、IBM 以及，摩托罗拉早期合作时代的一种流行 CPU 架构。在苹果转向英特尔的 x86 架构之前，它一直被应用于苹果的全部消费品产品线。

最初，PowerPC 采取的是大端字节序的内存排序。后来随着 64 位架构的引入，增加了使用小端字节排序的选项。这么做的目的是为了与英特尔的内存排序保持兼容（以防止软件错误），因为英特尔自始至终都一直采用的是小端字节序。有关字节序的更多内容，我可以唠叨很久，不过你可以通过阅读这篇 Mozilla 的文档来了解更多。

由于字节序在此也起到了一定的作用，PowerPC 共有三种架构：

powerpc：表示 32 位的 PowerPC 架构。
ppc64：表示拥有大端字节序内存排序的 64 位 PowerPC 架构。
ppc64le：表示拥有小端字节序内存排序的 64 位 PowerPC 架构。

目前，**ppc64le 是被广泛使用的架构**。

结论

市面上有各种各样的 CPU 架构。对于每一种架构，都有 32 位和 64 位的子集。在现有的 CPU 中，我们可以找到 x86、ARM、RISC-V 和 PowerPC 等架构。

其中，x86 是最广泛和易于获取的 CPU 架构，因为英特尔和 AMD 都采取了这种架构。此外，ARM 提供的产品几乎在手机和易于获取的单板计算机中被独占使用。

RISC-V 正在努力使硬件更广泛地被使用。我就有一款带有 RISC-V CPU 的单板计算机。 ?

而 PowerPC 主要用于服务器，至少当前如此。

（题图：MJ/634ac7ea-b344-443a-b041-3bb3b31a956f）

via: https://itsfoss.com/arm-aarch64-x86_64/

作者：Pratham Patel 选题：lujun9972 译者：ChatGPT 校对：wxy