ARM、AArch64、amd64、x86_64、x86有什么区别？

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

概述：CPU 架构

• ARM、AArch64、amd64、x86_64、x86等，是描述 CPU 架构的，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。
• CPU 至今仍然被广泛使用的 ISA 的主要类别：
  • x86（AMD/英特尔）
  • ARM
  • RISC-V
  • PowerPC（IBM 仍在使用）

还有更多种类的 CPU ISA，比如 MIPS、SPARC、DEC Alpha 等等。

• 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。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：
  • i386：2007 年之前的 CPU，那么i386就是 CPU 的架构。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：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：这是熟知的基础 x86_64 ISA。当谈论 x86_64 时，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。
• 其实 ARM 的 CPU 还广泛应用于手机中。苹果从2020年开始自研ARM架构的芯片，目前已使用 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。
• 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”。
• 之所以在 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：

1. 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…… ）
2. 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，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，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CPU 自身不是开源的。类似以太网的情况。以太网规范是开源的，但需个人付费购买网线、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。
• 寻找运行于 RISC-V 消费级 CPU 上的软件，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。

还有其它一些像 Zicsr 和 Zifencei 这样的扩展，它们位于 d 和 g 扩展之间。
因此，严格说来，rv64g 实际上是 rv64imafdZicsrZifencei。

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。
• 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，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。

而 PowerPC 目前主要用于服务器。