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處理器知識(shí)1: RISC和CISC架構(gòu)分析對(duì)比
CISC(復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī))和RISC(精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī))是當(dāng)前CPU的兩種架構(gòu)。它們的區(qū)別在于不同的CPU設(shè)計(jì)理念和方法。早期的CPU全部是CISC架構(gòu),它的設(shè)計(jì)目的是 CISC要用最少的機(jī)器語言指令來完成所需的計(jì)算任務(wù)。
RISC和CISC是設(shè)計(jì)制造微處理器的兩種典型技術(shù),雖然它們都是試圖在體系結(jié)構(gòu)、操作運(yùn)行、軟件硬件、編譯時(shí)間和運(yùn)行時(shí)間等諸多因素中做出某種平衡,以求達(dá)到高效的目的,但采用的方法不同,因此,在很多方面差異很大。x86架構(gòu)采用CISC,而ARM采用RISC。
ARM成立于1991年,是一家出售IP(技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán))的公司,所謂的技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán),就有點(diǎn)像是賣房屋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖,至于要怎修改,哪邊開窗戶,以及要怎加蓋其它的花園,就看買了設(shè)計(jì)圖的廠商自己決定。
而ARM的架構(gòu)是采用RISC架構(gòu),如同它的名稱一樣,Advanced RISC Machines,RISC架構(gòu)在當(dāng)初的PC架構(gòu)爭(zhēng)霸戰(zhàn)雖然敗給Intel所主導(dǎo)的x86處理器架構(gòu),卻默默在另外的領(lǐng)域成長(zhǎng)壯大;小從硬盤轉(zhuǎn)速控制、電信基地臺(tái)的計(jì)算、汽車噴射引擎的控制、音響系統(tǒng)、相機(jī)引擎,大到電動(dòng)機(jī)具的控制等等,都能夠看見采用ARM授權(quán)架構(gòu)處理器的身影。
而有了設(shè)計(jì)圖,當(dāng)然還要有把設(shè)計(jì)圖實(shí)現(xiàn)的廠商,而這些就是ARM架構(gòu)的授權(quán)客戶群。包括: 高通、華為、聯(lián)發(fā)科、TI、Freescale等。
X86是英特爾Intel首先開發(fā)制造的一種微處理器體系結(jié)構(gòu)的泛稱,包括Intel8086、80186、80286、80386以及80486以86結(jié)尾系列,英特爾統(tǒng)治整個(gè)CPU產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年。但是,Intel以增加處理器本身復(fù)雜度作為代價(jià),去換取更高的性能,但集成的指令集數(shù)量越來越多,給硬件帶來的負(fù)荷也就越來越大,無形中增加了功耗和設(shè)計(jì)難度。
ARM(Advanced RISC Machines)公司是蘋果、Acorn、VLSI、Technology等公司的合資企業(yè)。ARM采用將芯片的設(shè)計(jì)方案授權(quán)(licensing)給其他公司生產(chǎn)的模式,在世界范圍結(jié)成了超過100個(gè)的合作伙伴(Partners),將封閉設(shè)計(jì)的Intel公司變成全民公敵。
ARM處理器非常適用于移動(dòng)通信領(lǐng)域,具有低成本、高性能和低耗電的特性,ARM的高性價(jià)比和低耗能在移動(dòng)市場(chǎng)比英特爾更具優(yōu)勢(shì)。
ARM的架構(gòu)相較于x86有哪些特點(diǎn)?相較于基于CISC的x86架構(gòu)處理器,由于為了滿足電腦產(chǎn)業(yè)發(fā)展而不斷加入指令集,使得處理器日益龐大,但每個(gè)指令集用到的頻率也越差越大,許多指令到后來已經(jīng)相當(dāng)少用,甚至是可以被新的指令所取代。而ARM架構(gòu)則大幅簡(jiǎn)化架構(gòu),僅保留所需要的指令,可以讓整個(gè)處理器更為簡(jiǎn)化,擁有小體積、高效能的特性。
另外,ARM的架構(gòu)老早就已經(jīng)作到高密度整合,由于ARM授權(quán)的彈性以及核心架構(gòu)單純,ARM處理器架構(gòu)可以很容易與其它專職的特殊核心,像是GPU、多媒體譯碼核心、基頻調(diào)制解調(diào)器、I/O控制等架構(gòu)整合,透過SoC(System On a Chip,系統(tǒng)單芯片)的方式,一顆小小的ARM架構(gòu)應(yīng)用處理器,完成近年x86架構(gòu)處理器積極跨足的單芯片設(shè)計(jì),并且透過各種不同的核心分工各司其職,ARM架構(gòu)應(yīng)用處理器的核心負(fù)擔(dān)相較傳統(tǒng)x86處理器低上許多,并且因?yàn)樵缜皯?yīng)用處理器的需求就是以低功耗為重點(diǎn),即便如今效能不斷提升,仍是以保有省電的特性為前提發(fā)展。
ARM架構(gòu)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn),就是自由性,只要像ARM買下核心授權(quán),就可以與其它IP公司的方案以及這家授權(quán)客戶本身的優(yōu)勢(shì)技術(shù)整合,雖同為同一世代的ARM核心架構(gòu),即便頻率相同,結(jié)果也不同。不過這也使得ARM應(yīng)用處理器光從基本規(guī)格是不一定能看出操作效能的,例如同樣隸屬高通Snapdragon,頻率1GHz的第一世代旗艦QSD8x50甚至不敵頻率僅800MHz的第二世代MSM7230。
ARM的架構(gòu)之所以在智能手機(jī)以及平板能夠迅速竄紅,蘋果iOS裝置可說是大功臣,在蘋果之前,智能手機(jī)在市場(chǎng)上一直載浮載沉,雖然有著號(hào)稱智能手機(jī)平臺(tái)市占率第一的Nokia Symbian,以及Windows Mobile、Palm OS、BlackBerry等系統(tǒng),不過當(dāng)時(shí)的環(huán)境在缺乏行動(dòng)網(wǎng)絡(luò)為后盾,在線商店的概念也還未發(fā)展成型;一直到蘋果以iPhone打響新世代智能手機(jī)第一炮后,市場(chǎng)才真正體認(rèn)到智能手機(jī)原來可以是這么容易使用。
iPhone的出現(xiàn)也間接帶起市場(chǎng)對(duì)于ARM架構(gòu)應(yīng)用處理器的需求,不過光是蘋果也無法帶起市場(chǎng)對(duì)于ARM處理器的需求,如WM(WP7)手機(jī)與Symbian也紛紛加入新一代智能手機(jī)戰(zhàn)局,但是真正成為關(guān)鍵的,是Google Android宣布參戰(zhàn)后,其它手機(jī)廠商取得一個(gè)相較過去成熟的通用智能手機(jī)平臺(tái),而各廠商又為了進(jìn)行產(chǎn)品差異化,開始針對(duì)ARM架構(gòu)應(yīng)用處理器的效能以及硬件支持要求,使得過去發(fā)展緩速的ARM架構(gòu)一下子熱絡(luò)起來,也讓ARM架構(gòu)一夕之間成為火熱話題。
GOOGLE的Android系統(tǒng)和蘋果的IPAD、IPHONE推出后,ARM架構(gòu)的電腦系統(tǒng)(特別是在終端方面應(yīng)用)受到用戶的廣泛支持和追捧,ARM+Android成為IT、通信領(lǐng)域最熱門的話題,眾多芯片廠商紛紛推出具有各種獨(dú)特應(yīng)用功能基于ARM結(jié)構(gòu)開發(fā)的產(chǎn)品,近期最新形成的“異構(gòu)概念”更成為電腦今后發(fā)展主要方向。在IT行業(yè)推崇了20多年的“性價(jià)比“概念受到根本的動(dòng)搖和沖擊,“適用的才是最好的”已經(jīng)被越來越多的用戶接受。