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? ? ? ?重溫下 CPU 是什么鬼

　　中央處理單元（CPU）主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器三部分組成，從字面

　　意思看運(yùn)算器就是起著運(yùn)算的作用，控制器就是負(fù)責(zé)發(fā)出 CPU 每條指令所需要

　　的信息，寄存器就是保存運(yùn)算或者指令的一些臨時(shí)文件，這樣可以保證更高的速

　　度。

　　CPU 有著處理指令、執(zhí)行操作、控制時(shí)間、處理數(shù)據(jù)四大作用，打個(gè)比喻來

　　說，CPU 就像我們的大腦，幫我們完成各種各樣的生理活動。因此如果沒有 CPU，

　　那么電腦就是一堆廢物，無法工作。移動設(shè)備其實(shí)很復(fù)雜，這些 CPU 需要執(zhí)行

　　數(shù)以百萬計(jì)的指示，才能使它向我們期待的方向運(yùn)行，而 CPU 的速度和功率效

　　率是至關(guān)重要的。速度影響用戶體驗(yàn)，而效率影響電池壽命。最完美的移動設(shè)備

　　是高性能和低功耗相結(jié)合

　　要了解 X86 和 ARM，就得先了解復(fù)雜指令集（CISC）和精簡指令集（RISC）

　　從 CPU 發(fā)明到現(xiàn)在，有非常多種架構(gòu)，從我們熟悉的 X86，ARM，到不太熟

　　悉的 MIPS，IA64，它們之間的差距都非常大。但是如果從最基本的邏輯角度來

　　分類的話，它們可以被分為兩大類，即所謂的“復(fù)雜指令集”與“精簡指令集”系統(tǒng)，

　　也就是經(jīng)常看到的“CISC”與“RISC”。 Intel 和 ARM 處理器的第一個(gè)區(qū)別是，前者

　　使用復(fù)雜指令集（CISC），而后者使用精簡指令集（RISC）。屬于這兩種類中的各

　　種架構(gòu)之間最大的區(qū)別，在于它們的設(shè)計(jì)者考慮問題方式的不同。

　　我們可以繼續(xù)舉個(gè)例子，比如說我們要命令一個(gè)人吃飯，那么我們應(yīng)該怎么

　　命令呢？我們可以直接對他下達(dá)“吃飯”的命令，也可以命令他“先拿勺子，然后

　　舀起一勺飯，然后張嘴，然后送到嘴里，最后咽下去”。從這里可以看到，對于

　　命令別人做事這樣一件事情，不同的人有不同的理解，有人認(rèn)為，如果我首先給

　　接受命令的人以足夠的訓(xùn)練，讓他掌握各種復(fù)雜技能（即在硬件中實(shí)現(xiàn)對應(yīng)的復(fù)

　　雜功能），那么以后就可以用非常簡單的命令讓他去做很復(fù)雜的事情——比如只

　　要說一句“吃飯”，他就會吃飯。但是也有人認(rèn)為這樣會讓事情變的太復(fù)雜，畢竟

　　接受命令的人要做的事情很復(fù)雜，如果你這時(shí)候想讓他吃菜怎么辦？難道繼續(xù)訓(xùn)

　　練他吃菜的方法？我們?yōu)槭裁床豢梢园咽虑榉譃樵S多非常基本的步驟，這樣只需

　　要接受命令的人懂得很少的基本技能，就可以完成同樣的工作，無非是下達(dá)命令

　　的人稍微累一點(diǎn)——比如現(xiàn)在我要他吃菜，只需要把剛剛吃飯命令里的“舀起一

　　勺飯”改成“舀起一勺菜”，問題就解決了，多么簡單。這就是“復(fù)雜指令集”和“精

　　簡指令集”的邏輯區(qū)別。

　　從幾個(gè)方面比較 ARM 與 X86 架構(gòu)

　　Intel 和 ARM 的處理器除了最本質(zhì)的復(fù)雜指令集（CISC）和精簡指令集（RISC）

　　的區(qū)別之外，下面我們再從以下幾個(gè)方面對比下 ARM 和 X86 架構(gòu)。

　　一、制造工藝

　　ARM 和 Intel 處理器的一大區(qū)別是 ARM 從來只是設(shè)計(jì)低功耗處理器，Intel

　　的強(qiáng)項(xiàng)是設(shè)計(jì)超高性能的臺式機(jī)和服務(wù)器處理器。

　　一直以來，Intel 都是臺式機(jī)的服務(wù)器行業(yè)的老大。然而進(jìn)入移動行業(yè)時(shí)，Intel

　　依然使用和臺式機(jī)同樣的復(fù)雜指令集架構(gòu)，試圖將其硬塞入給移動設(shè)備使用的體

　　積較小的處理器中。但是 Intel i7 處理器平均發(fā)熱率為 45 瓦。基于 ARM 的片上

　　系統(tǒng)（其中包括圖形處理器）的發(fā)熱率最大瞬間峰值大約是 3 瓦，約為 Intel i7

　　處理器的 1/15。其最新的 Atom 系列處理器采用了跟 ARM 處理器類似的溫度控

　　制設(shè)計(jì)，為此 Intel 必須使用最新的 22 納米制造工藝。一般而言，制造工藝的納

　　米數(shù)越小，能量的使用效率越高。ARM 處理器使用更低的制造工藝，擁有類似

　　的溫控效果。比如，高通曉龍 805 處理器使用 28 納米制造工藝。

　　二、64 位計(jì)算

　　對于 64 位計(jì)算，ARM 和 Intel 也有一些顯著區(qū)別。Intel 并沒有開發(fā) 64 位版

　　本的 x86 指令集。64 位的指令集名為 x86-64（有時(shí)簡稱為 x64），實(shí)際上是 AMD

　　設(shè)計(jì)開發(fā)的。Intel 想做 64 位計(jì)算，它知道如果從自己的 32 位 x86 架構(gòu)進(jìn)化出

　　64 位架構(gòu)，新架構(gòu)效率會很低，于是它搞了一個(gè)新 64 位處理器項(xiàng)目名為 IA64。

　　由此制造出了 Itanium 系列處理器。

　　同時(shí) AMD 知道自己造不出能與 IA64 兼容的處理器，于是它把 x86 擴(kuò)展一下，

　　加入了 64 位尋址和 64 位寄存器。最終出來的架構(gòu)，就是 AMD64，成為了 64

　　位版本的 x86 處理器的標(biāo)準(zhǔn)。IA64 項(xiàng)目并不算得上成功，現(xiàn)如今基本被放棄了。

　　Intel 最終采用了 AMD64。Intel 當(dāng)前給出的移動方案，是采用了 AMD 開發(fā)的 64

　　位指令集（有些許差別）的 64 位處理器。

　　而 ARM 在看到移動設(shè)備對 64 位計(jì)算的需求后，于 2011 年發(fā)布了 ARMv8 64

　　位架構(gòu)，這是為了下一代 ARM 指令集架構(gòu)工作若干年后的結(jié)晶。為了基于原有

　　的原則和指令集，開發(fā)一個(gè)簡明的 64 位架構(gòu)，ARMv8 使用了兩種執(zhí)行模式，

　　AArch32 和 AArch64。顧名思義，一個(gè)運(yùn)行 32 位代碼，一個(gè)運(yùn)行 64 位代碼。ARM

　　設(shè)計(jì)的巧妙之處，是處理器在運(yùn)行中可以無縫地在兩種模式間切換。這意味著

　　64 位指令的解碼器是全新設(shè)計(jì)的，不用兼顧 32 位指令，而處理器依然可以向后

　　兼容。

　　三、異構(gòu)計(jì)算

　　ARM 的 big.LITTLE 架構(gòu)是一項(xiàng) Intel 一時(shí)無法復(fù)制的創(chuàng)新。在 big.LITTLE 架構(gòu)

　　里，處理器可以是不同類型的。傳統(tǒng)的雙核或者四核處理器中包含同樣的 2 個(gè)核

　　或者 4 個(gè)核。一個(gè)雙核 Atom 處理器中有兩個(gè)一模一樣的核，提供一樣的性能，

　　擁有相同的功耗。ARM 通過 big.LITTLE 向移動設(shè)備推出了異構(gòu)計(jì)算。這意味著處

　　理器中的核可以有不同的性能和功耗。當(dāng)設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，使用低功耗核，而當(dāng)

　　你運(yùn)行一款復(fù)雜的游戲時(shí)，使用的是高性能的核

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