三生三世 CPU，ISA 架构变迁

开发人员基于指令集架构（ISA），使用不同的处理器硬件实现方案，来设计不同性能的处理器，因此 ISA 又被视作 CPU 的灵魂。我们可以将指令集架构理解为一个抽象层，它是处理器底层硬件与运行在硬件上的软件之间桥梁和接口。

图1 指令集架构

指令集架构 分为 复杂指令集 （Complex Instruction Set Computer，CISC ）和精简指令集 （Reduced Instruction Set Computer，RISC）架构。

CISC 架构不仅包含了处理器常用的指令，还包含了许多不常用的特殊指令；在 CPU 发展早期，CISC 曾是主流，可以使用较少的指令完成 *** 作；但随着越来越多的特殊指令被添加到 CISC 架构中，常用的典型程序运算过程中用到的指令仅占指令集的20%，80%的指令则很少用到，而这些很少用到的指令让 CPU 的设计变得极其复杂，大大增加了硬件设计的时间成本和面积开销。

RISC 架构只包含处理器常用的指令，对于不常用的 *** 作，通过执行多条常用指令的方式来达到同样的效果。因而在 RISC 架构诞生后，所有现代指令集都选择使用 RISC 架构。

自 CPU 于上世纪 60 年代问世，已发展几十年，有几十种不同的指令集架构相继诞生或消亡。这里挑选 8 个主流架构，简要概括如下表：

CPU主要有三大应用领域，即服务器领域、PC领域和嵌入式领域。

1) 移动领域 ：如智能手机，市场规模有望超过 PC 领域，几乎为 ARM Cortex-A 系列垄断；

2） 实时（Real Time）嵌入式领域 ：ARM 架构占较大市场份额；

3） 泛嵌入式领域 ：强调低功耗、低成本和高能效比，芯片主要是微控制器或微处理器，市场应用极为分散，但基数庞大，尤其在进入物联网时代。ARM Cortex-M 系列是市场主流

从 CPU 的应用场景，我们可以观察到 CPU 应用场景的拓宽和激增，有三个主流时代，从 PC 时代跨越到移动时代，再延展到物联网时代，恰好映射到 CPU 三大架构，权且看做 CPU 之三生三世。

一生一世：x86 架构是服务器领域/PC 领域的权贵。 Intel 和 AMD 是 x86 处理器芯片的主要提供商，历经数代发展，从最初的 16 位发展至如今的 64 位。Intel 通过内部“微码化”克服了 CISC 架构的部分缺点，并凭借不断提升的 CPU 设计水平和工艺制造水平，使其在性能上保持遥遥领先，加之 Wintel 的成功商业联盟，不仅在 PC 领域占据统治性地位，还击败了 IBM 和 Sun 公司，拥有超 90% 的服务器市场份额。

Intel/AMD 作为芯片公司，x86 架构是其生命线，授权费用极高，还可对有威胁的竞争对手停止授权。故而，采用 x86 架构开发被戏称为“权贵的 游戏 ”。

二生二世：ARM 架构是移动王者。 ARM 公司的商业模式以开放共赢为基本原则，通过基础架构授权、内核 IP 授权等方式盈利。ARM 积极推动生态建设，以 ARM 统一制定的标准规范将上下游软硬件企业纳入其生态系统。随着近 10 多年移动应用的快速发展，尤其是智能手机的兴起，ARM 迅速成为移动世界的王者。

进击的 ARM 不仅凭借 Cortex-A 系列在手持设备领域无敌，还以 Cortex-R 系列和 Cortex-M 系列在实时嵌入式领域和泛嵌入式领域成功部署。ARM 三大细分产品：

“移动王者” Cortex-A 系列 是一组用于高性能低功耗微控制器领域的 32 位和 64 位 RISC 处理器系列，内置存储器管理单元（Memory Management Unit，MMU），可支持 *** 作系统的运行。 32位系列 包括 Cortex-A5，Cortex-A7，Cortex-A8，Cortex-A9，Cortex-A12，Cortex-A15，Cortex-A17 和 Cortex-A32。 64位系列 包括 Cortex-A35，Cortex-A53，Cortex-A57，Cortex-A72，Cortex-A73。

值得一提的是，Cortex-A8 首批芯片量产时，3G 网络问世，踩上了智能手机的潮点；之后，Cortex-A9 催生了智能手机的井喷期，成为智能手机内核标配，自此，Cortex-A 系列进入年均一款的“下饺子”开挂模式。Cortex-A 系列的先机与成功，奠定了 ARM 在移动领域的王者地位，在移动领域构筑了城宽池深的软件生态环境。目前，ARM 架构已应用到全球 85% 的移动设备中，其中超过 95% 的智能手机处理器是基于 ARM 架构。

ARM Cortex-A 系列一统移动江山后，与高通、谷歌、微软等合作伙伴逐步形成强强生态联盟，将进军传统 x86 架构 PC 与服务器市场定为下一步发展目标。

“小个子有大力量”的 Cortex-M 系列 是一组用于低功耗微控制器领域的32位 RISC 处理器系列。包括 Cortex-M0，Cortex-M0+，Cortex-M1，Cortex-M4(F)，Cortex-M7(F)，Cortex-M423，Cortex-M33(F)。Cortex-M 系列的应用场景虽不像 Cortex-A 系列光芒四射，但在物联网设备激增的万物智联时代，需求量巨大。

自2007年，诸如意法半导体、恩智浦等多家半导体公司持续推出基于 Cortex-M 内核的微控制器；国内厂商也纷纷入场，抢夺物联网市场，特别是 2020 年Q4 至今的缺货潮中，国产替代风起云涌。众多微控制器厂家中，尤以意法半导体公司的 STM32 产品系列最全、生态建设最完善。

三生三世：粉墨登场的 RISC-V。 RISC-V 架构是一种全新的指令集架构，2010年始于加州大学伯克利分校。“V”除了表示从 RISC-I 开始的第五代指令架构外，还有变化（Variation）和向量（Vector）的含义。

2015年，RISC-V 基金会成立并开始正式运作。作为非盈利性组织，RISC-V 基金会负责维护标准的 RISC-V 指令集手册和架构文档，并促进 RISC-V 架构的发展，将其 推向开源，不仅成为一种完全开放的指令集，可以被任何学术机构或商业组织自由使用；还要成为一种真正适合硬件实现且稳定的标准指令集。

源起名校、兴于开源的 RISC-V 架构，相比 ARM 架构，具有灵活的扩展性，指令集的设计考虑了小型、快速、低功耗的实际应用场景，但并未对特定的微架构做过度设计，是第一个可根据具体场景选择适合的指令集的指令集架构。RISC-V 指令集可满足从微控制器到超级计算机等不同复杂程度的处理器设计需求，极大地拉低了 CPU 设计准入门槛，并显著降低芯片开发成本。

RISC-V 架构利于我国工业体系中“少数短板”之一 —— 芯片的发展，商业公司可基于开源架构开发其自主可控的商业 IP，如我国 RISC-V 系先行者平头哥和芯来 科技 。同时，该架构能够适应由 5G 和人工智能催生出的碎片化计算需求，有望成为物联网时代的主要抓手。

指令集架构的生态建设，需要付出昂贵的教育成本和接受成本，教育成本取决于人们的普遍熟悉程度，接受成本取决于人们愿意投入的时间。RISC-V 生态初成，海外有 RISC-V 基金会的积极推动，国内很多地区政府也将 RISC-V 指向为国产芯片架构发展的主要方向，并推出一系列鼓励措施。随着采用 RISC-V 架构的芯片越来越多，尤其是完全国产芯片的问世，产学研市场对 RISC-V 芯片应用有了越来越多的需求，中国 RISC-V 产业生态日渐成熟。

[PConline 导购]Wi-Fi 6来了，到底是先换终端还是先换路由器？这似乎是一个“先有鸡还是先有蛋”的问题。况且就80211ac标准而言，其单频的传输速率已达到1733Mbps，真的需要这么着急为家里的路由器更新换代吗？正好，趁着618到来之前，不妨先在这里讨论讨论，再做决定。

都说Wi-Fi 6能够我们带来更快更稳定的连接，然而这么说却过于泛泛。因此，在正式讨论这个问题之前，我们需要先了解Wi-Fi 6究竟好在哪？以及都带来了哪些技术上的升级？

先来认识下Wi-Fi 6

去年10月初，Wi-Fi联盟将基于80211ax标准的Wi-Fi正式纳入正规军，成为第六代Wi-Fi技术，并借着推广80211ax的机会，将Wi-Fi规格重新命名，新标准80211ax改名为Wi-Fi 6。不仅改了命名规范，在Wi-Fi设备网络连接方面，也采用了新图标。

当然，Wi-Fi 6的新并不仅仅体现在图标上而已。这里，我们给大家汇总了一下：

Wi-Fi 4（11n） 诞生于2009年，凭借40MHz频宽与MIMO技术，将Wi-Fi理论带宽从11a/g的54Mbps升至600Mbps（150Mbps×4条空间流），且并11n同时支持24G和5G双频段，完美取代旧标准。

Wi-Fi 5（即11ac） 诞生于2013年。最初版本（Wave 1）凭借80MHz频宽，将WiFi单流带宽提升至433Mbps；到了2016年第二版（Wave 2）借鉴部分11ax特性，将频宽再次翻倍到160MHz。但值得注意的是，Wi-Fi 5只支持5G频段。

Wi-Fi 6（11ax） 同时支持24G和5G频段，是真正意义上的第六代Wi-Fi迭代标准。未来，无疑将取代市面上的11n和11ac产品。此外，Wi-Fi 6还带来了完整版的MU-MIMO（支持8个终端上行/下行MU-MIMO），同时引入OFDMA技术，实现与MU-MIMO互补的另外一种并行传输能力，而且比MU-MIMO更灵活更实用。

Wi-Fi 6到底厉害在哪？

与前几代Wi-Fi技术相比，Wi-Fi 6为我们带来了更极致的用网体验与更大的容量；不仅如此，它还将助力物联网发展，同时结合AR/VR、云计算、人工智能等诸多创新技术，渗透进各行业，更好地服务于客户的业务创新。

首先，Wi-Fi 6带来了速率上的大幅提升 。哪些因素与Wi-Fi速率有关呢？如公式“Wi-Fi理论带宽=(符号位长×码率×数据子载波数量)×(1/传输周期)×空间流数”所示，速率提升主要由调制方式、数据子载波数量、码率、传输周期和空间流等几个指标共同决定。

其中，调制方式决定无线信号子载波单个符号的数据密度，在相同频宽下，使用更高阶的调制技术就能实现更高速率的提升，而 Wi-Fi 6采用便是更高阶的调制编码方案1024-QAM （Wi-Fi采用的是256-QAM），使其最大连接速率提升至96Gbps。

此外， Wi-Fi 6的“6”还体现在了高密度接入。其使用了OFDMA （Orthogonal Frequency Division Multiple Access，即正交频分多址），能将无线信道划分为多个子信道（子载波），形成一个个频率资源块，用户数据承载在每个资源块上， 而不是占用整个信道，实现在每个时间段内多个用户同时并行传输。

相较Wi-Fi 5的OFDM方案是按订单发车，不管货物大小，来一单发一趟，哪怕是一小件货物，也发一辆车，这就导致车厢经常是空荡荡的，效率低下，浪费了资源。OFDMA方案则会将多个订单聚合起来，尽量让卡车满载上路，使得运输效率大大提升。

通过了解OFDMA的工作机制可以看到，OFDMA实现了多个用户同时进行数据传输，这增加了空口效率，接下来我们分别看一下上行OFDMA和下行OFDMA的工作原理。

另一个很重要的方面是，Wi-Fi6支持MU-MIMO，也就是我们常说的多用户多入多出，允许路由器一次与多达8个设备同时通信，且同时支持上下行MU-MIMO，无需依次进行通信；相比之下，虽然Wi-Fi 5也支持MU-MIMO，但路由器一次只允许与四个设备通信，且只支持下行MU-MIMO。

这么说可能有点抽象，我们用交通打个比方，就意味着道路由4车道单向扩充为8车道双向，同时多个设备也不再像许多车辆排队等待从一个出口驶出那样，它们可以从不同的道路同时、高效地驶出/驶入，而不再是依次排队行驶，大大提高效率。

不过，这里要说明一下的是，虽然OFDMA和MU-MIMO针对多用户的上下行，都提高了无线的接入密度，但其实两者差别还是很大的。尽管两者均为并行传输解决方案，但既不是迭代关系，也不是竞争关系，而是互补关系。它们的技术原理不尽相同，适用的场景也有所区别，具体使用时需要根据服务的应用类型而定。

此外，Wi-Fi 6厉害的另一个体现，就是其抗干扰能力。 我们说，Wi-Fi信号无处不在，使得无线之间的干扰也是无处不在的，一方面是来自相邻频段的无线电波叠加引起干扰，会导致数据损坏；另一方面，是同频干扰，虽不会损坏数据却会是竞争开销增加。

表面上看，造成这些干扰的原因是由于我们环境中经常遇到很多孤立安装的AP，因此无线信号出现了很多交叉覆盖从而造成了干扰；但从技术原理层面来看，造成干扰的原因是由于传统80211技术是使用了载波监听多路访问/冲突避免技术（CSMA/CA）来实现接入控制。

为了解决CSMA/CA技术在密集AP环境中性能低下的问题，Wi-Fi 6提出了一种信道空间复用技术（Spatial Reuse Technique），使用BSS（Basic Service Set，基础服务集合）着色位（Color Bit）来标识这个数据帧属于哪个BSS，因此也被称作“BSS着色”（BSS coloring）技术。

通过“BSS着色”技术，无线设备就能通过新增的着色位来识别来无线报文是来自BSS还是OBSS(0verlapping Basic Service Sets,重叠基本服务集)的信号，这样就能利用提升BSS之间的CCA-SD（Clear Channel Assessment Signal Detection）的门限，动态的降低BSS内部的CCA-SD门限来实现对OBSS相应数据帧的忽略。

之所以说 Wi-Fi 6可以助力物联网的发展，原因在于其支持TWT（Target Wakeup Time，即目标唤醒时间）技术 。其允许AP规划与设备的通信，协商什么时候和多久会唤醒发送/接受数据，可将终端分组到不同的TWT周期，减少了保持天线通电以传输和搜索信号所需的时间，意味着减少电池消耗并改善电池续航表现，同时也减少唤醒后同时竞争无线资源的设备数量。

未来，智慧建筑场景中的智能水表，烟感，门禁…智能工厂场景的机床、AGV、出入库扫码设备等多种类型智能设备都可接入Wi-Fi。得益于TWT，每台设备可单独建立"唤醒协议"，终端设备仅在收到自己的"唤醒"信息之后才进入工作状态，而其余时间均处于休眠状态，可以节省高达7倍的电池功耗。

同时，这使得一些需高带宽通信的物联网设备成为可能，比如智能办公设备，TWT可以可以节省高达7倍的电池功耗。但TWT并不是对所有设备都有帮助，例如笔记本电脑需要持续的互联网访问，因此不太可能过多地受益于此功能（或许进入睡眠状态时影响更大），对偶尔需要更新其状态的小型、低功耗设备更有益处。所以说，TWT技术表明了Wi-Fi 6拥抱物联网的决心。

需要现在更新家里的路由器吗？

既然Wi-Fi 6这么牛，那到底需不需要现在就将家里的路由器进行更新换代呢？其实，还要看你具体的使用需求，具体问题具体分析。一种情况是，你的 手机、笔记本等终端已经支持Wi-Fi 6标准。 那么此时，我们建议大家将家里的路由器也进行升级换代，毕竟作为家庭无线网络的输出端，路由器如果不支持Wi-Fi 6，那终端支持也是如同虚设。大家在购买时，还要认准路由器盒子上写着支持80211 ax或者 Wi-Fi 6就可以了。

此外，另一种情况是上网的智能终端目前还不支持Wi-Fi 6，但家里的路由器所支持的无线标准陈过时了，比如还支持Wi-Fi 4。 如果是这种情况，我们建议不妨直接将家里的路由器升级到支持Wi-Fi 6标准的新品，一步到位。毕竟除了手机、笔记本外，随着Wi-Fi 6的迅速普及，智能家居领域也会顺势推出大量支持Wi-Fi 6的新品，左右都要为路由器更新换代，可以考虑直接购买支持Wi-Fi 6的无线路由器。

目前，已经有华硕、网件等厂商推出了支持Wi-Fi6无线标准的旗舰级无线路由器。例如华硕这款售价2599的RT-AX88U，就支持最新的Wi-Fi6标准（80211ax）。其中，24G速率高达1148Mbps，5G速率高达4804Mbps，双频无线并发速率更是高达6000Mbps。不仅外观看上去 科技 感十足，还未用户提供了2个USB30接口，1千兆WAN口，8个千兆LAN口。

路由功能方面，华硕RT-AX88U内置有AiProtection智能网络卫士，可以通过实时网络监测，在恶意程序、病毒、以及其他恶意侵入前做出预警，为家庭网络提供了隐私防护。要知道，作为智能家居的网络入口，路由器的高安全性还是非常重要的。

怎么样，你是否已经对Wi-Fi 6动心了？不过，如果你已经将终端升级，或是正要更换家中的老旧路由器，不妨考虑一下选择一款支持Wi-Fi 6的路由器。此外，有任何想要了解的，欢迎大家在评论区积极与我们互动哦~

嵌入式是当前最热门最有发展前途的IT应用领域。随着物联网的兴起，嵌入式智能技术是物联网的基础技术。嵌入式系统用在一些特定专用设备上，通常这些设备的硬件资源（如处理器、存储器等）非常有限，并且对成本很敏感，有时对实时响应要求很高等。特别是随着消费家电的智能化，嵌入式更显重要。像我们平常常见到的手机、PDA、电子字典、可视电话、VCD/DVD/MP3 Player、数字相机（DC）、数字摄像机(DV)、U-Disk、机顶盒(Set Top Box)、高清电视(HDTV)、游戏机、智能玩具、交换机、路由器、数控设备或仪表、汽车电子、家电控制系统、医疗仪器、航天航空设备等等都是典型的嵌入式系统。
硬件平台由基本系统(包括CPU和存储器)加上外围接口电路模块构成。基本系统为 *** 作系统内核提供一个最小的调试和运行环境，外围接口模块包括目前应用较为广泛的多种硬件接口电路，如LCD液晶显示模块、触摸屏模块、CF卡模块、USB模块、以太网模块、IC卡模块等，可以方便地根据开发者的需求进行选择使用。
目前，嵌入式处理器主要有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、Motorola 68000、MIPS、ARM系列等。在32位嵌入式处理器市场主要有Motorola，ARM，MIPS，TI，Hitachi等公司， 有些生产通用微处理器的公司，象Intel、Sun和IBM等，也生产嵌入式的微处理器。
软件平台由嵌入式Linux *** 作系统、嵌入式图形用户界面(GUI)、GNU交叉编译调试工具组成。其中嵌入式Linux *** 作系统包括嵌入式Linux内核，ROM/RAM文件系统。选用Linux是因为Linux高度模块化，容易定制，具有很高的可移植性。

随着互联网的快速发展，当前以步入移动互联、物联网时代。用户访问系统入口也变得多种方式，由原来单一的PC客户端，变化到PC客户端、各种浏览器、手机移动端及智能终端等。同时系统之间大部分都不是单独运行，经常会涉及与其他系统对接、共享数据的需求。所以系统需要升级框架满足日新月异需求变化，支持业务发展，并将框架升级为微服务架构。“API网关”核心组件是架构用于满足此些需求
很多互联网平台已基于网关的设计思路，构建自身平台的API网关，国内主要有京东、携程、唯品会等，国外主要有Netflix、Amazon等。

业界为了满足这些需求，已有相关的网关框架。
1、基于nginx平台实现的网关有：kong、umbrella等
2、自研发的网关有：zuul1、zuul2等
但是以上网关框架只能是满足部分需求，不能满足企业的所有要求，就我而言，我认为最大的问题是没有协议转换及OPS管理控制平台

另外：对于微服务架构下，如果基于>