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處理器知識1: RISC和CISC架構分析對比

時間:2019-12-05 20:22:29  作者:  來源:瀏覽:人次

 

CISC(復雜指令集計算機)和RISC(精簡指令集計算機)是當前CPU的兩種架構。它們的區別在于不同的CPU設計理念和方法。早期的CPU全部是CISC架構,它的設計目的是  CISC要用最少的機器語言指令來完成所需的計算任務。

 

RISC和CISC是設計制造微處理器的兩種典型技術,雖然它們都是試圖在體系結構、操作運行、軟件硬件、編譯時間和運行時間等諸多因素中做出某種平衡,以求達到高效的目的,但采用的方法不同,因此,在很多方面差異很大。x86架構采用CISC,而ARM采用RISC。

 

ARM成立于1991年,是一家出售IP(技術知識產權)的公司,所謂的技術知識產權,就有點像是賣房屋的結構設計圖,至于要怎修改,哪邊開窗戶,以及要怎加蓋其它的花園,就看買了設計圖的廠商自己決定。 

 

而ARM的架構是采用RISC架構,如同它的名稱一樣,Advanced RISC Machines,RISC架構在當初的PC架構爭霸戰雖然敗給Intel所主導的x86處理器架構,卻默默在另外的領域成長壯大;小從硬盤轉速控制、電信基地臺的計算、汽車噴射引擎的控制、音響系統、相機引擎,大到電動機具的控制等等,都能夠看見采用ARM授權架構處理器的身影。 

 

而有了設計圖,當然還要有把設計圖實現的廠商,而這些就是ARM架構的授權客戶群。包括: 高通、華為、聯發科、TI、Freescale等。

 

X86是英特爾Intel首先開發制造的一種微處理器體系結構的泛稱,包括Intel8086、80186、80286、80386以及80486以86結尾系列,英特爾統治整個CPU產業鏈長達數十年。但是,Intel以增加處理器本身復雜度作為代價,去換取更高的性能,但集成的指令集數量越來越多,給硬件帶來的負荷也就越來越大,無形中增加了功耗和設計難度。 

 

ARM(Advanced RISC Machines)公司是蘋果、Acorn、VLSI、Technology等公司的合資企業。ARM采用將芯片的設計方案授權(licensing)給其他公司生產的模式,在世界范圍結成了超過100個的合作伙伴(Partners),將封閉設計的Intel公司變成全民公敵。

 

ARM處理器非常適用于移動通信領域,具有低成本、高性能和低耗電的特性,ARM的高性價比和低耗能在移動市場比英特爾更具優勢。 

 

ARM的架構相較于x86有哪些特點?相較于基于CISC的x86架構處理器,由于為了滿足電腦產業發展而不斷加入指令集,使得處理器日益龐大,但每個指令集用到的頻率也越差越大,許多指令到后來已經相當少用,甚至是可以被新的指令所取代。而ARM架構則大幅簡化架構,僅保留所需要的指令,可以讓整個處理器更為簡化,擁有小體積、高效能的特性。 

 

另外,ARM的架構老早就已經作到高密度整合,由于ARM授權的彈性以及核心架構單純,ARM處理器架構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、基頻調制解調器、I/O控制等架構整合,透過SoC(System On a Chip,系統單芯片)的方式,一顆小小的ARM架構應用處理器,完成近年x86架構處理器積極跨足的單芯片設計,并且透過各種不同的核心分工各司其職,ARM架構應用處理器的核心負擔相較傳統x86處理器低上許多,并且因為早前應用處理器的需求就是以低功耗為重點,即便如今效能不斷提升,仍是以保有省電的特性為前提發展。 

 

ARM架構的另一個優點,就是自由性,只要像ARM買下核心授權,就可以與其它IP公司的方案以及這家授權客戶本身的優勢技術整合,雖同為同一世代的ARM核心架構,即便頻率相同,結果也不同。不過這也使得ARM應用處理器光從基本規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的架構之所以在智能手機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,智能手機在市場上一直載浮載沉,雖然有著號稱智能手機平臺市占率第一的Nokia Symbian,以及Windows Mobile、Palm OS、BlackBerry等系統,不過當時的環境在缺乏行動網絡為后盾,在線商店的概念也還未發展成型;一直到蘋果以iPhone打響新世代智能手機第一炮后,市場才真正體認到智能手機原來可以是這么容易使用。 

 

iPhone的出現也間接帶起市場對于ARM架構應用處理器的需求,不過光是蘋果也無法帶起市場對于ARM處理器的需求,如WM(WP7)手機與Symbian也紛紛加入新一代智能手機戰局,但是真正成為關鍵的,是Google Android宣布參戰后,其它手機廠商取得一個相較過去成熟的通用智能手機平臺,而各廠商又為了進行產品差異化,開始針對ARM架構應用處理器的效能以及硬件支持要求,使得過去發展緩速的ARM架構一下子熱絡起來,也讓ARM架構一夕之間成為火熱話題。 

 

GOOGLE的Android系統和蘋果的IPAD、IPHONE推出后,ARM架構的電腦系統(特別是在終端方面應用)受到用戶的廣泛支持和追捧,ARM+Android成為IT、通信領域最熱門的話題,眾多芯片廠商紛紛推出具有各種獨特應用功能基于ARM結構開發的產品,近期最新形成的“異構概念”更成為電腦今后發展主要方向。在IT行業推崇了20多年的“性價比“概念受到根本的動搖和沖擊,“適用的才是最好的”已經被越來越多的用戶接受。 

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