都是CPU，ARM與Intel差別在哪兒？

作者：時間：2018-08-02 來源：網絡

加入技術交流群
- 掃碼加入
  和技術大咖面對面交流
  海量資料庫查詢

安卓支持三類處理器(CPU)：ARM、Intel和MIPS。ARM無疑被使用得最為廣泛。Intel因為普及于臺式機和服務器而被人們所熟知，然而對移動行業(yè)影響力相對較小。MIPS在32位和64位嵌入式領域中歷史悠久，獲得了不少的成功，可目前Android的采用率在三者中最低。

本文引用地址：http://2s4d.com/article/201808/385132.htm

總之，Intel是ARM的最強對手。那么ARM處理器和Intel處理器到底有何區(qū)別?為什么ARM如此受歡迎?你的智能手機或平板電腦用的是什么處理器到底重要不重要?

處理器(CPU)

中央處理器(CPU)是你智能設備的大腦。它的任務是通過執(zhí)行一系列指令來驅動你的設備，包括顯示屏、觸摸屏、調制解調器等，讓一坨塑料金屬混合物變成閃亮的智能手機或者平板電腦。

移動設備非常復雜，其中的處理器需要執(zhí)行數(shù)百萬行指令才能完成人們希望這些設備去做的事。速度和功耗對處理器來說至關重要。速度影響用戶體驗，功耗影響電池壽命。完美的移動設備必須有好性能以及低功耗。

這就是為什么選擇什么樣的處理器很重要。一個超級耗電、反應遲鈍的處理器會很快吸干你的電池，而一個考究的、高效的處理器給你帶來高性能和長久的電池壽命。

總體而言，ARM和Intel處理器的第一個區(qū)別是，前者使用精簡指令集(RISC)，而后者使用復雜指令集(CISC)。

通俗而言，精簡指令集規(guī)模較小，更接近原子操作，而復雜指令集規(guī)模較大，更加復雜。所謂原子操作，是指每條指令的工作大都可以由處理器在一個操作內完成，例如對兩個寄存器做加法。

復雜指令集的指令描述某個意圖，但是處理器必須執(zhí)行3或4個更簡單的指令來實現(xiàn)這個意圖。例如，可以命令一個復雜指令集處理器對2個數(shù)求和，并把結果存入主內存中。為了完成這個命令，處理器首先從地址1中取得第一個數(shù)(操作1)，然后從地址2中取得另一個數(shù)(操作2)，然后求和(操作3)，等等。

所有的現(xiàn)代處理器都使用一種所謂微指令的概念，這是一個處理器內部的指令集合，用來描述處理器可以做的原子操作。

復雜指令集處理器實際上執(zhí)行了3條微指令。對精簡指令集處理器而言，其指令跟其微指令十分接近，而復雜指令集處理器的指令需要先被轉換成一些更精簡的微指令(就像前面的復雜指令集處理器做加法的例子中那樣)。

也就是說，精簡指令集處理器中的解碼器(負責告訴處理器到底要干些什么的東東)要簡單得多，而簡潔意味著高效和低功耗。

制造工藝

ARM和Intel處理器的另外一個主要區(qū)別是ARM從來只是設計低功耗處理器。其宗旨是設計低功耗處理器，這是他們的強項。Intel的強項是設計超高性能的臺式機和服務器處理器，并且的確做的不錯。

Intel是臺式機的服務器行業(yè)的老大。過去的20年里我所有的PC，筆記本和服務器(除了一個外)用的都是Intel的處理器。然而進入移動行業(yè)時，Intel依然使用和臺式機同樣的復雜指令集架構，試圖將其硬塞入給移動設備使用的體積較小的處理器中。

Intel i7處理器平均發(fā)熱率為45瓦?；贏RM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。Intel現(xiàn)如今是個巨頭，雇傭了大量的聰明人。

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計，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。

64位

對于64位計算，ARM和Intel也有一些顯著區(qū)別。你知不知道，Intel并沒有開發(fā)64位版本的x86指令集。這個64位的指令集，名為x86-64(有時簡稱為x64)，實際上是AMD設計開發(fā)的。

故事是這樣的：Intel想搞64位計算，它知道如果從自己的32位x86架構進化出的64位架構的話，新架構效率會很低，于是它搞了一個新64位處理器項目名為IA64。由此制造出了Itanium系列處理器。

同時AMD知道自己造不出能與IA64兼容的處理器，于是它把x86擴展一下，加入了64位尋址和64位寄存器。最終出來的架構，人稱AMD64，成為了64位版本的x86處理器的標準。

IA64項目并不算得上成功，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。

ARM的故事很不一樣：看到移動設備對64位計算的需求后，ARM于2011年發(fā)布了ARMv8 64位架構，這是為了下一代ARM指令集架構工作若干年后的結晶。為了基于原有的原則和指令集，開發(fā)一個簡明的64位架構，ARMv8使用了兩種執(zhí)行模式，AArch32和AArch64。

顧名思義，一個運行32位代碼，一個運行64位代碼。ARM設計的巧妙之處，是處理器在運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計的，不用兼顧32位指令，而處理器依然可以向后兼容。

異構計算

ARM的big.LITTLE架構是一項Intel一時無法復制的創(chuàng)新。在big.LITTLE架構里，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個核或者4個核。一個雙核Atom處理器中有兩個一模一樣的核，提供一樣的性能，擁有相同的功耗。

ARM通過big.LITTLE向移動設備推出了異構計算。這意味著處理器中的核可以有不同的性能和功耗。當設備正常運行時，使用低功耗核，而當你運行一款復雜的游戲是，使用的是高性能的核。

這是什么做到的呢?設計處理器的時候，要考慮大量的技術設計的采用與否，這些技術設計決定了處理器的性能以及功耗。

在一條指令被解碼并準備執(zhí)行時，Intel和ARM的處理器都使用流水線。就是說解碼的過程是并行的。

第一步從內存中讀取指令，第二步檢查和解碼指令，第三步執(zhí)行指令，周而復始。流水線的好處在于，當前指令在第二步的時候，下一條指令已經處于第一步。當前指令在第三步中執(zhí)行的時候，下一條指令正處于第二步，而下下條指令處于第一步中，如此循環(huán)。

為了更快地執(zhí)行指令，這些流水線可以被設計成允許指令們不按照程序的順序被執(zhí)行(亂序執(zhí)行)。一些巧妙的邏輯結構可以判斷下一條指令是否依賴于當前的指令執(zhí)行的結果。Intel和ARM都提供亂序執(zhí)行邏輯結構，可想而知，這種結構十分的復雜。復雜意味著更多的功耗。

Intel處理器由設計者們選擇是否加入亂序邏輯結構。異構計算則沒有這方便的問題。ARM Cortex-A53采用順序執(zhí)行，因此功耗低一些。而ARM Cortex-A57使用亂序執(zhí)行，所以更快但更耗電。采用big.LITTLE架構的處理器可以同時擁有Cortex-A53和Cortex-A57核，根據具體的需要決定如何使用這些核。在后臺同步郵件的時候，不需要高速的亂序執(zhí)行，僅在玩復雜游戲的時候需要。在合適的時間使用合適的核。