處理器知識1: RISC和CISC架構(gòu)分析對比

CISC(復(fù)雜指令集計算機(jī))和RISC(精簡指令集計算機(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)計理念和方法。早期的CPU全部是CISC架構(gòu)，它的設(shè)計目的是  CISC要用最少的機(jī)器語言指令來完成所需的計算任務(wù)。

RISC和CISC是設(shè)計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、編譯時間和運(yùn)行時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)知識產(chǎn)權(quán)）的公司，所謂的技術(shù)知識產(chǎn)權(quán)，就有點像是賣房屋的結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)計圖的廠商自己決定。 

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)域成長壯大；小從硬盤轉(zhuǎn)速控制、電信基地臺的計算、汽車噴射引擎的控制、音響系統(tǒng)、相機(jī)引擎，大到電動機(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)計圖，當(dāng)然還要有把設(shè)計圖實現(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CPU產(chǎn)業(yè)鏈長達(dá)數(shù)十年。但是，Intel以增加處理器本身復(fù)雜度作為代價，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個的合作伙伴（Partners），將封閉設(shè)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(lǐng)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(yōu)勢。 

ARM的架構(gòu)相較于x86有哪些特點？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)則大幅簡化架構(gòu)，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(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，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，并且因為早前應(yīng)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(fā)展。 

ARM架構(gòu)的另一個優(yōu)點，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)在市場上一直載浮載沉，雖然有著號稱智能手機(jī)平臺市占率第一的Nokia Symbian，以及Windows Mobile、Palm OS、BlackBerry等系統(tǒng)，不過當(dāng)時的環(huán)境在缺乏行動網(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)也間接帶起市場對于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對于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)廠商取得一個相較過去成熟的通用智能手機(jī)平臺，而各廠商又為了進(jìn)行產(chǎn)品差異化，開始針對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“性價比“概念受到根本的動搖和沖擊，“適用的才是最好的”已經(jīng)被越來越多的用戶接受。