为什么我们需要不同的CPU架构用于服务器和迷你/大型机和混合核心？ [关闭]

Question

我只是想知道除INTEL和AMD之外还有哪些其他CPU架构可用。 因此，在Wikipedia上找到了CPU架构列表 。

它将值得注意的CPU架构分为以下几类。

1. 嵌入式CPU架构
2. 微机CPU架构
3. 工作站/服务器CPU架构
4. 迷你/大型机CPU架构
5. 混合核心CPU架构

我正在分析他们的目的并且几乎没有疑问。 以微电脑CPU（PC）架构为参考，并将其与其他人进行比较：

嵌入式CPU架构：

• 他们是一个全新的世界。
• 嵌入式系统很小并且执行非常特定的任务，主要是实时和低功耗，因此我们不需要在微型计算机CPU（典型PC）中提供如此多的这样的宽寄存器。 换句话说，我们确实需要一个新的小而小的架构。 因此新架构和新指令RISC。
• 上述观点还阐明了为什么我们需要一个单独的操作系统（RTOS）。

工作站/服务器CPU架构

• 我不知道什么是工作站。 有人澄清了工作站。
• 截至服务器。 它专门用于运行特定的软件（如httpd，mysql等服务器软件）。 即使其他进程运行，我们也需要提供服务器进程优先级，因此需要新的调度方案，因此我们需要与通用操作系统不同的操作系统。 如果您对服务器操作系统的需求有更多要点，请提及。
• 但我不明白为什么我们需要一个新的CPU架构。 为什么微电脑CPU架构无法完成这项工作。 有人可以澄清一下吗？

迷你/大型机CPU架构

• 我再一次不知道这些以及用于什么样的miniframes或大型机？ 我只知道它们非常大并且占据了整个楼层。 但我从未读过他们试图解决的一些现实问题。 如果有人在其中一个工作。 分享您的知识。
• 有人可以澄清其目的吗？为什么微电脑CPU架构不适合它呢？
• 这也有一种新的操作系统吗？ 为什么？

混合核心CPU架构

• 从来没有听说过这些。

如果可能，请以这种格式保留您的答案：

XYZ CPU架构

• XYZ的目的
• 需要一个新的架构。 为什么现在的微机CPU架构不能工作？ 它们达到3GHZ并具有多达8个核心。
• 需要新的操作系统为什么我们需要一种新的操作系统来实现这种架构？

编辑：

伙计们，这不是一个家庭作业问题。 我无法做任何让你相信的事情。 我不知道问题是不清楚还是别的，但我只对具体的技术细节感兴趣。

让我以另一种方式提出这个问题的一部分。 您正在接受采访，如果面试官问您“告诉我，微电脑处理器速度快，功能强大，我们的PC操作系统也很好。为什么我们需要不同的架构，如SPARC，Itanium，需要不同的操作系统，如Windows Server对于服务器？“ 你会回答什么？ 我希望得到我的观点。

Answer 1

工作站现在已经几乎灭绝了计算机。 基本上他们曾经是看起来像台式机的高端计算机，但有一些重要的区别，例如RISC处理器，SCSI驱动器而不是IDE和运行UNIX或（后来）NT系列Windows操作系统。 Mac Pro可以看作是工作站的现有形式。

大型机很大（虽然它们不一定占据整个楼层）计算机。 它们提供了非常高的可用性（大型机的大多数部分，包括处理器和内存，可以在没有系统停机的情况下进行更换）和向后兼容性（许多现代大型机可以运行为70年代大型机编写的未经修改的软件）。

x86架构的最大优势是与x86架构的兼容性。 CISC通常被认为是过时的，这就是为什么大多数现代架构都是基于RISC的。 甚至新的英特尔和AMD处理器都是RISC。

过去，家用电脑和“专业”硬件之间的差距比现在大得多，因此“微电脑”硬件不适合服务器。 当大多数RISC“服务器”架构（SPARC，PowerPC，MIPS，Alpha）被创建时，大多数微型计算机芯片仍然是16位。 首款64位PC芯片（AMD Opteron）在MIPS R4000之后出货超过10年。 操作系统也是如此：PC操作系统（DOS和非NT Windows）根本不适合服务器。

在嵌入式系统中，x86芯片功率效率不够。 ARM处理器使用更少的能量提供相当的处理能力。

Answer 2

我不知道什么是工作站。 有人澄清了工作站。

工作站曾经是一类系统，旨在供单个（或交替）用户用于需要比PC提供的计算能力更高的任务。 它们在20世纪90年代基本消失，因为研发规模经济允许标准PC硬件以更低的价格提供相同（并最终更多）的性能。

工作站由Sun，SGI和HP等公司制作。 他们通常运行专有的Unix变体，并且通常也有专门的硬件。 典型应用包括科学计算，CAD和高端图形。

“工作站架构”的特点是为单用户应用程序提供高性能，价格是次要考虑因素。

Answer 3

这可能有助于考虑二十年前的世界。

当时，设计和构建世界级CPU的成本并不高，而且还有更多公司拥有自己的CPU。 之后发生的事情在很大程度上可以通过CPU设计和工厂的价格上涨来解释，这意味着大量销售的产品比没有产品的产品存活得更好。

有大型机，主要来自IBM。 这些专用于高通量和可靠性。 你不会对它们做任何花哨的事情，使用成本较低的机器会更具成本效益，但它们对于COBOL中编程的大批量业务类交易来说非常有用。 银行使用了很多这些。 这些是专门的系统。 此外，他们从后面运行程序，因此与早期的IBM 360s在架构和操作系统中的兼容性比与x86的兼容性要重要得多。

当时，有小型计算机，它比大型机小，通常更容易使用，并且比任何个人都大。 它们有自己的CPU和操作系统。 我相信他们当时正在死去，现在他们已经死了。 首屈一指的小型电脑公司Digital Equipment Corporation最终被个人电脑制造商康柏收购。 他们往往有特殊的操作系统。

还有工作站，主要用作需要大量计算能力的人的个人计算机。 它们的CPU设计比一般的英特尔要干净得多，当时它意味着它们可以更快地运行。 另一种形式的工作站是Lisp机器，至少在80年代后期可以从Symbolics和Texas Instruments获得。 这些是专为高效运行Lisp而设计的CPU。 其中一些架构仍然存在，但随着时间的推移，保持这些架构的成本效益降低得多。 除Lisp机器外，这些机器往往运行Unix版本。

当时标准的IBM兼容个人计算机并不是那么强大，而且英特尔架构的复杂性使它大大回归。 这已经改变了。 当时的Macintoshes采用摩托罗拉的680x0架构，在计算能力方面具有显着优势。 后来，他们转向IBM工作站开创的PowerPC架构。

我们现在所知的嵌入式CPU可以追溯到20世纪70年代后期。 它们的特点是具有低芯片数的完整低端系统，最好使用很少的功率。 英特尔8080在推出时基本上是一个三芯片CPU，需要额外的ROM和RAM芯片。 8035是一块带有CPU，ROM和RAM的芯片，功能相对较弱，但适用于很多应用。

超级计算机拥有手工设计的CPU，并且值得注意的是尽可能简单地使并行计算以及（主要）浮点乘法的CPU优化。

从那时起，大型机一直停留在他们的利基市场，非常成功，小型机和工作站受到严重挤压。 部分工作站CPU保持不变，部分原因是历史原因。 Macintoshes最终从PowerPC转移到了英特尔，尽管PowerPC继承了Xbox 360和一些IBM机器。 保持良好操作系统更新的费用增加，而现代非大型机系统往往运行Microsoft Windows或Linux。

嵌入式计算机也变得更好。 仍有小巧便宜的芯片，但ARM架构变得越来越重要。 它出现在一些早期的上网本中，并且出现在iPhone，iPad和许多同类设备中。 它具有功耗低，功耗低的优点，非常适合便携式设备。

您将在常见系统上遇到的另一种CPU是GPU，它旨在进行高速专用并行处理。 有一些软件平台可以让那些人去做其他事情，利用他们的优势。

桌面和服务器版本的操作系统之间的区别不再是根本。 通常，两者都具有相同的底层操作系统，但界面级别将大不相同。 桌面或笔记本电脑设计为一个用户可以轻松使用，而服务器则需要由一个人管理，这个人也管理着许多其他服务器。

我会采取混合核心，但我可能不准确（更正欢迎）。 索尼Playstation 3有一个奇怪的处理器，不同的核心专门用于不同的目的。 从理论上讲，这非常有效。 更实际的是，编写混合核心系统非常困难，而且它们非常专业。 我不认为这个概念有一个特别光明的未来，但它为索尼的销售做了很多好事。

Answer 4

嵌入式CPU架构的一个新增功能：它们通常必须比主流处理器便宜，因此它们不会大大提高产品的使用寿命。

混合核心CPU架构

• 它们通常用于需要高吞吐量，速度和/或低功耗要求的地方 - 嵌入式应用，DSP，加密，游戏，高性能计算。

• 除通用（GP）内核外，混合核心架构还提供适合特定问题域的一个或多个专用内核。 专用内核可以用作应用程序的特定部分的加速器，该部分被认为是瓶颈。 虽然可以通过添加更多GP内核来实现相同的性能，但由于所使用的技术，芯片尺寸，功率限制，散热或可编程性，这可能是不切实际的 - 专用内核可以更快地完成一件事，或者至少做一些事情。比GP核心更有效。 它们存在的原因与显卡在GPU中使用不同架构的原因相同。

• 主流操作系统是针对主流CPU编写和优化的。 它们是针对主流处理器架构编译的。 此外，专用内核通常不够通用，无法运行其操作系统。 因此，我们不需要新的操作系统，只需修改以允许系统识别和使用专用内核 - 通过库或通过驱动程序。 使用专用核心需要部分重新编译，以便可执行代码以专用核心为目标。

一些说明：

• 主流芯片是有效的混合核心。 它们具有MMX，SSE，SSE2，SSE3指令，浮点指令以及有时加密扩展。 这有效地使它们成为“混合核心”架构。 然而，它们如此受欢迎，包括在微计算机处理器类别中。 想想AMD的Fusion和Intel Larrabbee。

• x86非常受欢迎，因为有很多研究，努力和投资可以为他们制作好的工具（编译器，调试器等）。 此外，大多数程序都是封闭源代码并为x86编译，因此您无法在任何其他体系结构上运行它们。 最后，许多代码在代码中都有手写优化或假设，它将在x86上编译和执行。 这将需要部分应用程序重写以针对不同的体系结构进行编译。

• 不同架构的另一个好理由是控制和不同子系统的紧密集成。 IBM拥有自己的CPU（PowerPC），操作系统（AIX）和库，提供经过优化调整的软件包，一旦购买就很难消失。 Sun（现在是Oracle）与SPARC和Solaris相同，而几年前HP与HP-RISC和HP / UX相同。 它不是邪恶的或类似的东西：它们提供了一个完全适合您的应用程序的包，它们知道并且如果出现问题可以轻松复制，因为它们熟悉系统的所有方面，包括硬件和软件。

Answer 5

您的问题和目标似乎真的要了解计算机体系结构的历史。 如果这是真的那么你需要这本书。 它应该可以帮助您获得您正在寻找的理解：

http://www.amazon.com/Computer-Architecture-Concepts-Evolution-2/dp/0201105578

布鲁克斯博士介绍了计算机体系结构的历史，新思想的初步出现，并追溯了这些思想随着时间的推移在不同机器上的发展。

Answer 6

大型机

• 处理大量信息，同时执行大量指令。
• 家用（PC /台式）计算机无法同时处理大量代码，甚至无法处理大量数据。
• 特定于特定体系结构的操作系统使其对特定硬件更有效。

硬件架构示例

天气主机处理来自不同状态的传感器的实时信息。

OS体系结构示例

假设绘制内容的正常命令是：DRAW“text”。 这是普通的PC。 现在，假设您有很多屏幕，并希望在每个屏幕上绘制相同的内容，使用此PC，您必须为每个屏幕调用DRAW“text”。 但是，您可能只使用命令“DRAWS”创建一些硬件，该命令会在每个屏幕上自动绘制相同的文本：DRAWS“text”

Answer 7

简而言之：任何设计都必须满足一些要求。 在满足任何复杂的要求时，必须做出妥协，满足要求X到第n度可能使得不可能满足要求Y.因此，无论你是在谈论CPU还是洗衣机，都会有各种各样的要求。设计满足各种要求。

随着时间的推移，技术和需求的演变使情况变得更加复杂，但并未实质性地改变。

Answer 8

例如，如果唯一的车辆是自动变速器丰田皮卡（旧的小型车不是更新的全尺寸），你可以解决世界上所有的运输问题吗？

你为什么还需要别的东西？

好吧，不是每个人都可以驾驶棒，不是每个人都适合丰田（我认为高度超过宽度）。 你不能带着这个家庭。 你不能拖运大型物体，当然也不能有效。 你如何让卡车到经销商处出售？ 一次开一个？

如果我们在电视遥控器中使用服务器级处理器，我们需要一根延长线和一个冷却风扇，或者需要在每次按下按钮时更换电池并等待它先启动。

Rtoses和操作系统，与上面相同的答案。 你不要在低功率微控制器中使用rtos，通常情况下，你经常用数百字节测量rom，用几十字节测量ram。 没有臃肿软件的余地。 专用内置硬件专用软件。

看看现在正在进行的ARM与英特尔的事情，英特尔在硬件设计上非常糟糕，他们的成功纯粹是在会议室和电话中，而不是主板上的硬件。 您可以使用备用供应商的备用指令集获得相同的性能，而初始成本和运营成本只是其中的一小部分。 为何选择一个古老的解决方案？

很少有操作系统可靠，与编译器和硬件相同。 某些软件和硬件是为性能或可靠性而设计的，但不一定是为了用户友好性。 我不希望起落架杠杆导致飞行员必须触及鼠标并检查“你确定要部署起落架窗口”的好按钮，然后在它考虑时观察沙漏旋转是否这样做。

出于同样的原因，你需要一辆皮卡用于某些工作，而拖拉机用于其他工作，你需要一类机器（和软件）用于家用台式机，另一类用于中小型企业服务器，另一类用于大型企业。 根据工作的不同，你不能只做一个小而无限大的皮卡，你需要更多的轮子，有时需要更多的轮子，更多或更少的座椅，动力输出，液压是否等等，这取决于它的设计任务。

如果我们停止运行CP / M的8位处理器，我们会在哪里？ 它解决了为什么需要开发替代品的所有世界问题？ 100％的创新，成本节约和性能提升是对当前解决方案提出质疑并尝试不同的结果的结果。

一种尺寸适合所有人都不合适。