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? ? ? ?重溫下 CPU 是什么鬼

　　中央處理單元（CPU）主要由運算器、控制器、寄存器三部分組成，從字面

　　意思看運算器就是起著運算的作用，控制器就是負責發出 CPU 每條指令所需要

　　的信息，寄存器就是保存運算或者指令的一些臨時文件，這樣可以保證更高的速

　　度。

　　CPU 有著處理指令、執行操作、控制時間、處理數據四大作用，打個比喻來

　　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。移動設備其實很復雜，這些 CPU 需要執行

　　數以百萬計的指示，才能使它向我們期待的方向運行，而 CPU 的速度和功率效

　　率是至關重要的。速度影響用戶體驗，而效率影響電池壽命。最完美的移動設備

　　是高性能和低功耗相結合

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

　　從 CPU 發明到現在，有非常多種架構，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“復雜指令集”與“精簡指令集”系統，

　　也就是經常看到的“CISC”與“RISC”。 Intel 和 ARM 處理器的第一個區別是，前者

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

　　種架構之間最大的區別，在于它們的設計者考慮問題方式的不同。

　　我們可以繼續舉個例子，比如說我們要命令一個人吃飯，那么我們應該怎么

　　命令呢？我們可以直接對他下達“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，有人認為，如果我首先給

　　接受命令的人以足夠的訓練，讓他掌握各種復雜技能（即在硬件中實現對應的復

　　雜功能），那么以后就可以用非常簡單的命令讓他去做很復雜的事情——比如只

　　要說一句“吃飯”，他就會吃飯。但是也有人認為這樣會讓事情變的太復雜，畢竟

　　接受命令的人要做的事情很復雜，如果你這時候想讓他吃菜怎么辦？難道繼續訓

　　練他吃菜的方法？我們為什么不可以把事情分為許多非常基本的步驟，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，無非是下達命令

　　的人稍微累一點——比如現在我要他吃菜，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“復雜指令集”和“精

　　簡指令集”的邏輯區別。

　　從幾個方面比較 ARM 與 X86 架構

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

　　的區別之外，下面我們再從以下幾個方面對比下 ARM 和 X86 架構。

　　一、制造工藝

　　ARM 和 Intel 處理器的一大區別是 ARM 從來只是設計低功耗處理器，Intel

　　的強項是設計超高性能的臺式機和服務器處理器。

　　一直以來，Intel 都是臺式機的服務器行業的老大。然而進入移動行業時，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。但是 Intel i7 處理器平均發熱率為 45 瓦。基于 ARM 的片上

　　系統（其中包括圖形處理器）的發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 位計算

　　對于 64 位計算，ARM 和 Intel 也有一些顯著區別。Intel 并沒有開發 64 位版

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

　　設計開發的。Intel 想做 64 位計算，它知道如果從自己的 32 位 x86 架構進化出

　　64 位架構，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，就是 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 在看到移動設備對 64 位計算的需求后，于 2011 年發布了 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，開發一個簡明的 64 位架構，ARMv8 使用了兩種執行模式，

　　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。

　　三、異構計算

　　ARM 的 big.LITTLE 架構是一項 Intel 一時無法復制的創新。在 big.LITTLE 架構

　　里，處理器可以是不同類型的。傳統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時，使用的是高性能的核

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