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处理器知识1: RISC和CISC架构分析对比

2019-12-05 20:22:29

 

CISC(复杂指令集计算机)和RISC(精简指令集计算机)是当前CPU的两种架构。它们的区别在于不同的CPU设计理念和方法。早期的CPU全部是CISC架构,它的设计目的是  CISC要用最少的机器语言指令来完成所需的计算任务。

 

RISC和CISC是设计制造微处理器的两种典型技术,虽然它们都是试图在体系结构、操作运行、软件硬件、编译时间和运行时间等诸多因素中做出某种平衡,以求达到高效的目的,但采用的方法不同,因此,在很多方面差异很大。x86架构采用CISC,而ARM采用RISC。

 

ARM成立于1991年,是一家出售IP(技术知识产权)的公司,所谓的技术知识产权,就有点像是卖房屋的结构设计图,至于要怎修改,哪边开窗户,以及要怎加盖其它的花园,就看买了设计图的厂商自己决定。 

 

而ARM的架构是采用RISC架构,如同它的名称一样,Advanced RISC Machines,RISC架构在当初的PC架构争霸战虽然败给Intel所主导的x86处理器架构,却默默在另外的领域成长壮大;小从硬盘转速控制、电信基地台的计算、汽车喷射引擎的控制、音响系统、相机引擎,大到电动机具的控制等等,都能够看见采用ARM授权架构处理器的身影。 

 

而有了设计图,当然还要有把设计图实现的厂商,而这些就是ARM架构的授权客户群。包括: 高通、华为、联发科、TI、Freescale等。

 

X86是英特尔Intel首先开发制造的一种微处理器体系结构的泛称,包括Intel8086、80186、80286、80386以及80486以86结尾系列,英特尔统治整个CPU产业链长达数十年。但是,Intel以增加处理器本身复杂度作为代价,去换取更高的性能,但集成的指令集数量越来越多,给硬件带来的负荷也就越来越大,无形中增加了功耗和设计难度。 

 

ARM(Advanced RISC Machines)公司是苹果、Acorn、VLSI、Technology等公司的合资企业。ARM采用将芯片的设计方案授权(licensing)给其他公司生产的模式,在世界范围结成了超过100个的合作伙伴(Partners),将封闭设计的Intel公司变成全民公敌。

 

ARM处理器非常适用于移动通信领域,具有低成本、高性能和低耗电的特性,ARM的高性价比和低耗能在移动市场比英特尔更具优势。 

 

ARM的架构相较于x86有哪些特点?相较于基于CISC的x86架构处理器,由于为了满足电脑产业发展而不断加入指令集,使得处理器日益庞大,但每个指令集用到的频率也越差越大,许多指令到后来已经相当少用,甚至是可以被新的指令所取代。而ARM架构则大幅简化架构,仅保留所需要的指令,可以让整个处理器更为简化,拥有小体积、高效能的特性。 

 

另外,ARM的架构老早就已经作到高密度整合,由于ARM授权的弹性以及核心架构单纯,ARM处理器架构可以很容易与其它专职的特殊核心,像是GPU、多媒体译码核心、基频调制解调器、I/O控制等架构整合,透过SoC(System On a Chip,系统单芯片)的方式,一颗小小的ARM架构应用处理器,完成近年x86架构处理器积极跨足的单芯片设计,并且透过各种不同的核心分工各司其职,ARM架构应用处理器的核心负担相较传统x86处理器低上许多,并且因为早前应用处理器的需求就是以低功耗为重点,即便如今效能不断提升,仍是以保有省电的特性为前提发展。 

 

ARM架构的另一个优点,就是自由性,只要像ARM买下核心授权,就可以与其它IP公司的方案以及这家授权客户本身的优势技术整合,虽同为同一世代的ARM核心架构,即便频率相同,结果也不同。不过这也使得ARM应用处理器光从基本规格是不一定能看出操作效能的,例如同样隶属高通Snapdragon,频率1GHz的第一世代旗舰QSD8x50甚至不敌频率仅800MHz的第二世代MSM7230。 

 

ARM的架构之所以在智能手机以及平板能够迅速窜红,苹果iOS装置可说是大功臣,在苹果之前,智能手机在市场上一直载浮载沉,虽然有着号称智能手机平台市占率第一的Nokia Symbian,以及Windows Mobile、Palm OS、BlackBerry等系统,不过当时的环境在缺乏行动网络为后盾,在线商店的概念也还未发展成型;一直到苹果以iPhone打响新世代智能手机第一炮后,市场才真正体认到智能手机原来可以是这么容易使用。 

 

iPhone的出现也间接带起市场对于ARM架构应用处理器的需求,不过光是苹果也无法带起市场对于ARM处理器的需求,如WM(WP7)手机与Symbian也纷纷加入新一代智能手机战局,但是真正成为关键的,是Google Android宣布参战后,其它手机厂商取得一个相较过去成熟的通用智能手机平台,而各厂商又为了进行产品差异化,开始针对ARM架构应用处理器的效能以及硬件支持要求,使得过去发展缓速的ARM架构一下子热络起来,也让ARM架构一夕之间成为火热话题。 

 

GOOGLE的Android系统和苹果的IPAD、IPHONE推出后,ARM架构的电脑系统(特别是在终端方面应用)受到用户的广泛支持和追捧,ARM+Android成为IT、通信领域最热门的话题,众多芯片厂商纷纷推出具有各种独特应用功能基于ARM结构开发的产品,近期最新形成的“异构概念”更成为电脑今后发展主要方向。在IT行业推崇了20多年的“性价比“概念受到根本的动摇和冲击,“适用的才是最好的”已经被越来越多的用户接受。