|
英文缩写： CPU的机器语言与指令集 从现阶段的主流体系结构讲，指令集可分为复杂指令集和精简指令集两种，主要有指令位数多少、指令位数是否可变、指令顺序执行和并行执行、包含指令条数等等区别。基于复杂指令集实现的计算机即CISC复杂指令集计算机，基于精简指令集的计算机即RISC精简指令集计算机。 Intel第一块16位的i8086CPU使用的指令集称x86指令集，同时电脑中为提高浮点数据处理能力而增加的x87芯片系列数学协处理器则另外使用x87指令集，后来将x86指令集和x87指令集统称为x86指令集。x86指令集是CISC复杂指令集的代表。 复杂的指令系统必然增加微处理器的复杂性，使处理器的研制时间长，成本高。并且复杂指令需要复杂的操作，必然会降低计算机的速度。后来经过研究发现，在计算机中，80％程序只用到了20％的指令集，基于这一发现，RISC精简指令集被提了出来，这是计算机系统架构的一次深刻革命。RISC架构的基本思路是：抓住CISC指令系统指令种类太多、指令格式不规范、寻址方式太多的缺点，通过减少指令种类、规范指令格式和简化寻址方式，方便处理器内部的并行处理，提高VLSI器件的使用效率，从而大幅度地提高处理器的性能。目前高端服务器产品大多是RISC架构的。 而基于CISC复杂指令集的计算机在增加指令条数增加硬件结构复杂性的道路上越走越远，许多厂家为了提升某一方面性能，开发了多种扩展指令集，扩展指令集定义了新的数据和指令，能够大大提高某方面数据处理能力，但必须软件编程时加入支持调用这些扩展指令集才能发挥该硬件的性能。如Intel公司的MMX多媒体扩展指令集、SSE、 SSE2、SSE3、SSE3、SSE4.1、SSE4.2等单指令多数据流扩展指令集和AMD公司的3DNow!、Enhanced 3DNow!等都是CPU的扩展指令集，分别增强了CPU的多媒体、图形图象和Internet等的处理能力。另有Intel公司开发EM64T扩展指令集。SSE指令与3DNow!指令彼此互不兼容，但SSE包含了3DNow!技术的绝大部分功能，只是实现的方法不同。现在我们表述中提到指令集往往只指这些扩展指令集。目前个人级电脑产品大多是CISC架构的。 补：EM64T扩展指令集 EM64T全称Extended Memory 64 Technology 即64位内存扩展技术。Intel公司开发EM64T扩展指令集是为了让现有的x86指令集能够执行64位代码，让系统支持更大容量的内存，且继续保持对32位代码的良好兼容。 x86架构与ARM架构处理器 x86架构处理器 是采用CISC复杂指令集架构的处理器的代表。在CISC处理器中，程序的各条指令是按顺序串行执行的，每条指令中的各个操作也是按顺序串行执行的。顺序执行的优点是控制简单，但计算机各部分的利用率不高，执行速度慢。 市面上大多数的个人级电脑所用的CPU都是x86架构处理器。如Intel公司除IA-64架构的安腾处理器外的处理器系列，包括最新的ATOM处理器、AMD的全系列，还有VIA的全系列处理器产品都是x86架构。32位x86架构又称x86-32架构或IA-32架构，62位x86又称x86-64架构或IA-32e架构。因为市面上的64位处理器并不是真正意义上的64位，仍旧基于32位的x86指令集，只是加入了EM64T扩展指令集以兼容64位指令，是对IA-32架构的扩展，故称IA-32e架构处理器。 Intel公司真正意义上的64位处理器，即有EPIC显性并行指令计算能力的IA-64架构处理器，是瞄准高端企业级64-bit计算环境中竞争的Itanium安腾系列处理器，对抗基于IBM Power4/5，HP PA-RISC，Sun UltraSparc-III及DEC Alpha的服务器。全新的IA-64指令集不兼容x86指令集，需要有个转化的过程才能执行x86指令。 ARM架构处理器 是Acorn公司于1983年开始的发展计划，过去称作Acorn RISC Machine或Advanced RISC Machine进阶精简指令集机器，代表了手持电脑或数码产品所用的RISC精简指令集架构的处理器，其广泛地使用在许多embedded嵌入式系统设计。目前ARM架构处理器最高制作工艺是65纳米，尽管英特尔Atom处理器使用了更先进的45纳米制作工艺，但其单位能耗运算能力不如ARM架构的处理器，换言之，使用英特尔处理器将降低移动设备的电池续航时间。由于节能的特点，ARM处理器非常适用于行动通讯领域，符合其主要设计目标为低耗电的特性。 补：芯片制作工艺 微电子技术的发展与进步，主要是靠工艺技术的不断改进，使得器件的特征尺寸不断缩小，从而集成度不断提高，功耗降低，器件性能得到提高。芯片制造工艺在1995年以后，从0.5微米、0.35微米、0.25微米、0.18微米、0.15微米、0.13微米、90纳米、65纳米一直发展到目前最新的45纳米，而30纳米的制造工艺将是下一代CPU的发展目标。 提高处理器的制造工艺具有重大的意义，因为更先进的制造工艺会在CPU内部集成更多的晶体管，使处理器实现更多的功能和更高的性能；更先进的制造工艺会使处理器的核心面积进一步减小，也就是说在相同面积的晶圆上可以制造出更多的CPU产品，直接降低了CPU的产品成本，从而最终会降低CPU的销售价格使广大消费者得利；更先进的制造工艺还会减少处理器的功耗，从而减少其发热量，解决处理器性能提升的障碍。 由于两种架构的处理器各有优势，一直以来，以x86处理器为代表的CISC型处理器和以ARM内核处理器为代表的RISC型处理器基本处于井水不犯河水的状态，双方在各自的主打领域里(个人PC和如ATM机、智能手机等等的嵌入式系统)活的悠哉游哉。不过，随着消费者一种新兴需求的出现，这种平静的状态就要改变了，这种新兴需求就是消费者对移动互联的需求，如UMPC、MID、平板电脑、上网本、3G智能手机等。 以最近火热的平板电脑为例，x86架构的有Intel 赛扬 ULV743、Intel Atom N455、Intel Atom Z530、威盛VIA C7-M、VIA MW8505芯片为内核产品，x86架构平板电脑其优点是可以安装XP、Win7、MacOS等操作系统，有众多的x86平台的软件选用，缺点是耗电发热量相对较高使用时间短，价格也较高。 ARM架构，由于Acorn公司自己并不生产芯片，而是出售芯片设计技术的授权，因此ARM架构的产品都是其合作公司开发的ARM处理器加DSP专用图像处理芯片组合的双核芯片，如使用ARM Coretex-A8处理器的美国NVIDIA公司的Tegra 2芯片和飞思卡尔公司的iMX515芯片和德州仪器的TI OMAP3530芯片以及韩国三星C100和C110芯片、使用ARM926EJC处理器的中国瑞芯微电子有限公司的Rockchip 2808芯片、使用ARM1176JZF-S处理器的韩国Telechips公司的TCC8901和TCC8902芯片。ARM架构平板电脑可以安装WinCE、Andorid、Ubuntu等操作系统，其优点是价格低发热量低待机时间长，集成的DSP芯片支持1080P高清解码，支持包括RMVB在内的众多视频格式，其缺点是性能较低，能够用的软件较少，不过基本的网页浏览、视频播放、Flash播放和执行、文档编辑、PDF电子书、QQ聊天、斗地主等游戏、在线炒股等软件还是齐备的。代表品牌：NVIDIA、微软zune、微星MSI、Apad、irobot、蝶舞、台电。 另有使用ARM9系列其中一款处理器的的美国威盛公司的VIA 8505芯片的ARM架构平板电脑，由于未集成DSP解码芯片，不支持高清，也不支持RMVB格式的视频，发热量较高，代表品牌：E-book、EKEN
平板电脑日益占领着我们的手持移动设备领域，已经成为不争的事实。也许前几年当某人被问起平板电脑为何物之时，此人回答不知的话,还情有可原，最多旁人笑言你该努力脱盲多看小熊在线云云，但是此事假若放到今天，旁人的笑语很可能略带嘲讽之意了。
平板电脑怎么能有那么大的本事,一年之间就席卷全球了呢？究其原因还要归功于苹果ipad的破茧而出，伴随着这个史上最热卖的平板电脑的热卖，苹果ipad那种轻薄高效干练的气质也征服了无数的人，引得这无数的人纷纷掏米购买。
但是如果我们静下心来仔细剖析一下，就会发现这股风潮的根源所在。这一切的一切都得益于一颗被称为Apple A4 ，主频高达1GHz处理芯片，这是一颗基于ARM Cortex A9架构的多核CPU，具有功耗低、体积小、成本低、性能高的特点，正因为有了这颗ARM架构处理芯片的支持，苹果的设计师才能设计出如此有着轻薄完美体型的ipad，从而世界平板电脑市场才被彻底引爆。
苹果ipad使用的Apple A4处理芯片技术来源于ARM Holdings这家公司，这家来自英国的公司成立于1990年。创立之处这家公司似乎就显得很有绅士风度，并没有像英特尔一样直接自己设计自己制造芯片，而是走了一条以提供架构知识产权为主的路子，专业化名词称为半导体IP公司，提供技术和标准给世界上其他的半导体原始设备制造厂商（OEM）使用，让厂商们再结合标准自行开发处理器。
这就好比ARM一开始就励志想当房地产开发商，开发一级和二级土地市场，而世界上这些厂商就好比是租户或者建筑商，利用ARM提供的土地再进行自己的业务。事实证明，ARM Holdings公司的路子走的很对，这种模式带来的好处非常明显。 经过十余年的发展，现如今ARM Holdings拥有1700多名员工，在全球设立了多个办事处，其中包括比利时、法国、印度、瑞典和美国的设计中心，成为了一家全球领先的半导体知识产权提供商。其已经向200多家公司销售了600多个基于ARM架构的芯片许可证，细数一下这个卖证专业户的客户都很吓人，名头说出来都是圈内响当当的公司，包括德州仪器，英伟达，三星，高通，微软，IBM，富士通等等都是它的座上宾。
下面一组数字估计可以更好地展示一下ARM架构的强大和取得的令人骄傲的成就，截止今年所有得到授权的厂商已经基于ARM架构生产了超过200亿个处理器，每天的销量超过1000万。ARM家族芯片更是占了所有32位元嵌入式处理器75%的比例，使它成为占全世界最多数的32位元架构之一。
正因为抛开了市场的浮躁气氛，走着自己独特的路线的ARM Holdings才能集中力量致力于ARM架构的研发和更新,并且确立了其在数字电子产品的开发中的核心地位。这个ARM从英文字面被称为进阶精简指令集机器，是一种32位元精简指令集（RISC）的中央处理器架构，不同于X86系统的复杂指令集，这种带有精简指令集的架构在研发之初就以节能高效作为第一出发点。肩负着这一神圣使命的ARM架构因为极低的功耗逐渐被嵌入式系统接受，并且得到了最广泛的应用。
目前，ARM家族已经有ARM7系列、ARM9系列、ARM9E系列，ARM10E，ARM11通用系列;还有更高端的面向深层市场的Cortex-R 嵌入式处理器系列，可以这么说，一部现代数字设备中可能同时存在好几枚基于ARM技术的芯片或者IC。
而且在去年的时候，ARM发布了Cortex-A15处理器，这颗强大的芯片甚至定位于Web及家庭服务器市场。最近，ARM Holdings更与IBM合作，要把14nm工艺应用到ARM处理器上，在功耗不变的情况下，性能将提高5倍，ARM架构恐怖效能和无限潜力可见一斑。
ARM处理器被广泛应用的速度也是人们始料未及，智能手机、MP3/MP4、手掌型游戏机、平板电脑、车载系统乃至高精尖军事设备，但凡是偏向于体积小巧的电子设备上都能看到看到它的身影。
作为PSP接班机型的PSP2也是毫无悬念的采用了基于ARM Cortex A9的四核心处理器，高效低能耗的ARM架构确实是PSP2处理器的绝配，索尼的选择绝对称得上明智，因为本身PSP2在实际出货阶段还要考虑产量，而ARM架构因具备廉价高效且非常适合大规模流水化生产特性立即脱颖而出，被索尼采用。如果PSP2果真大卖，索尼因为手里没有货来卖，那得让多少玩家的口水淹死。
近来，NVIDIA Tegra 2处理器的消息也是高超迭起，这款基于双核ARM Cortex-A9的CPU给我们带来了无比兴奋的应用体验，也许你会鄙视ARM鹬蚌相争渔翁得利的做法，但是谁都无法逃避ARM对我们生活的巨大影响。
其实ARM看似每天在做着后台工作，与世无争，身处世外桃源，一副不闻凡间琐事的态度。但是司马昭之心，路人皆知。ARM的野心和能力绝对不可小视，从近期ARM公司的走出一步步绝妙棋法，便可看出路数，高调与微软展开合作，微软将会推出针对ARM处理器开发的Windows 8操作系统，同时ARM并不在满足现状，也在极力的发展着其图形核心Mali系列产品，要知道ARM也才取得Imagination图形核心的授权，而且ARM核心和Mali核心同属一个研发团队，ARM以后也要做CPU和GPU高度集成化的项目也未尝不可。就连英特尔这只老谋深算的狐狸都嗅到了ARM的进攻气味，准备下苦功夫发展自己的Atom处理器，争夺平板市场。
极低的功耗，双核心和多核心的发展带来的强大性能，如果说ARM在固守移动设备市场的同时，想要进军PC市场，抢占英特尔的地盘也不是不可能。ARM的合作公司很多，俗话说双拳难敌四手，英特尔往后的日子估计不太好过了。
但是英特尔毕竟风风雨雨那么多年了，吃过的盐比ARM吃过的米还多，而且作为世界最大的芯片制造商，其第四季度盈利年均增长48%，收入增长8%至115亿美元，如果英特尔举起收购大旗，不知道ARM能不能经得住英特尔的金钱攻势，作为小公司的ARM怎么力挽狂澜，我们还会继续关注。 |
王琳的博客
又一个 中金博客 站点群 站点
