ARM与X86：解释的指令集，体系结构和所有关键差异

bob体育提现Android能够在三种不同类型的处理器体系结构上运行：ARM，INTEL和MIPS。在英特尔放弃了手机CPU之后，前者是当今无处不在的建筑，而手机的MIPS处理器已经有多年没有看到。ARM是Android和Apple生态系统中所有现代智能手机使用的CPU架构。bob体育提现手臂处理器还通过手臂上的窗户和苹果Mac的自定义M1 CPU。随着手臂与英特尔CPU战争将要加热大时，您需要了解有关ARM与X86的所有信息。

CPU架构解释了

中央处理单元（CPU）是您设备的“大脑”，但并不完全聪明。CPU仅在给出非常具体的指令（适当称为指令集）时才可以工作，该指令告诉处理器在寄存器和内存之间移动数据或使用特定的执行单元（例如乘法或扣除）执行计算。唯一的CPU硬件块需要不同的说明。这些倾向于随着更复杂和强大的CPU扩展。正如我们稍后所看到的那样，所需的说明也可以为硬件设计提供信息。

什么是SOC？您需要了解的有关智能手机芯片组的所有信息

在手机上运行的应用程序不是用CPU说明编写的；当今的大型跨平台应用程序比在各种芯片上运行，这将是疯狂的。取而代之的是，以特定的说明集遵守了使用各种高级编程语言（例如Java或C ++）编写的应用程序，以便它们在ARM，X86或其他CPU上正确运行。这些说明进一步解码为CPU中的微码OP，这需要硅空间和功率。如果您想要最低的功率CPU，请简单地保持指令集是至关重要的。但是，可以从更复杂的硬件和说明中获得更高的性能。这是ARM和英特尔历史上CPU设计的历史方法之间的根本区别。

ARM是基于RISC（减少指令集计算），而英特尔（x86）是CISC（复杂的指令集计算）。ARM的CPU指令是合理的原子，指令数量和微型操作系统之间的相关性非常紧密。相比之下，CISC提供了更多的说明，其中许多指示执行多个操作（例如优化的数学和数据移动）。这会导致更好的性能，但更多的功耗解码了这些复杂的说明。

指令和处理器硬件设计之间的链接是CPU体系结构的原因。这样，CPU体系结构可以用于不同的目的，例如极端数量的处理，低能消耗或最少的硅区域。从CPU来查看ARM VS X86时，这是一个关键区别，因为前者基于较低的功率，指令集和硬件。

现代64位CPU架构

如今，64位架构是智能手机和PC的主流，但事实并非总是如此。直到2012年，PC之后大约十年，电话才能切换。简而言之，64位计算利用寄存器和内存地址足够大，可以使用64位（1s和0s）长的数据类型。除了兼容的硬件和说明外，您还需要一个64位操作系统，例如Android。bob体育提现

当苹果在其Android竞争对手之前引入其第一个64位处理器时，行业退伍军人可能还记得hoopla。bob体育提现转移到64位并没有改变日常计算。但是，在使用高准确性浮点数时，有效地运行数学很重要。64位寄存器还提高了3D渲染精度，加密速度，并简化了超过4GB RAM的解决方案。

PC在智能手机之前移至64位，但并非英特尔创造了现代X86-64体系结构（也称为X64）。该赞誉属于AMD 1999年的公告，该公告改造了英特尔现有的X86架构。英特尔的替代IA64 ITANIUM架构从路边下降。

ARM在2011年引入了其ARMV8 64位体系结构。ARM并没有扩展其32位指令，而是提供了64位的清洁实现。为此，ARMV8架构使用了两个执行状态AARCH32和AARCH64。顾名思义，一个用于运行32位代码，一个用于64位。手臂设计的美丽是处理器可以在正常执行过程中从一种模式无缝交换。这意味着64位指令的解码器是一种新设计，不需要保持与32位时代的兼容性，但是整个处理器仍然倒退。但是，ARM表明未来ARMV9Cortex-A处理器只有到2023年才能达到64位，切断了对这些下一代CPU的旧32位应用程序和操作系统的支持。实际上，2021年的小型Cortex-A510和Powerhouse Cortex-X2 CPU仅为64位。

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ARM的异质计算赢得了手机

上面讨论的建筑差异部分解释了两个筹码庞然大物所面临的当前成功和问题。ARM的低功率方法非常适合移动的3.5W热设计功率（TDP）要求，但性能也可以扩展到匹配英特尔的笔记本电脑芯片。同时，英特尔的100W TDP TDP典型核心i7和i9以及来自AMD的竞争对手芯片组，在服务器和高性能台式机上赢得了Big，但历史上很难缩放到5W以下。看到可疑原子阵容。

当然，我们绝对不要忘记硅制造过程在过去十年中极大地提高功率效率中所起的作用。从广义上讲，较小的CPU晶体管消耗较少的功率。英特尔一直在试图超越其2014年内部14nm流程，而10nm芯片在2021年开始着陆。那时，智能手机芯片组已从20nm，14、10、10和7nm的设计转移，市场上有5nm的市场作为市场。2021年。这仅仅是通过利用三星和TSMC铸造厂之间的竞争来实现的。这也部分帮助AMD通过其最新的7NM Ryzen处理器缩小了其X86-64竞争对手的差距。

但是，ARM架构的一个独特功能在将TDP保持在移动应用程序中尤其重要 -异构计算。这个想法很简单，建立一个构建体系结构，该体系结构允许不同的CPU零件（在性能和功率方面）共同努力以提高效率。

Arm对这个想法的第一个刺伤是Big.litter在2011年，Big Cortex-A15和Little Cortex-A7 Core。使用较大的越常CPU内核来苛刻的应用程序和电力效率的CPU设计来进行背景任务，这是智能手机用户今天理所当然的事情，但是它花了一些尝试来熨除公式。与这个想法建立的手臂Dynamiiq以及2017年的ARMAV8.2体系结构，允许不同的CPU坐在同一集群中，共享内存资源以进行更有效的处理。DynamiQ还启用了2+6个CPU设计，该设计越来越常见。

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英特尔的竞争对手原子芯片是异质的计算，无法与ARM的性能和效率保持平衡。直到2020年，英特尔的Foveros，嵌入式多-DIE互连桥（EMIB）和混合技术项目才能产生竞争性的芯片设计 - 10nm Lakefield。莱克菲尔德（Lakefield）结合了一个高性能的阳光湾核心（Sunny Cove Core），并结合了四个强大的Tremont核心，以及图形和连接功能。但是，即使该软件包的目标是用7W TDP的连接笔记本电脑，对于智能手机来说仍然太高了。

如今，ARM与X86越来越多地在TDP笔记本电脑市场领域进行了越来越多的战斗，在该市场中，英特尔缩小并越来越成功地扩展了手臂。Apple转换为Mac的自定义手臂芯片是ARM架构增长的性能范围的一个典型示例，这在一定程度上要归功于异质计算以及Apple的定制优化。

定制的手臂核心和指示集

手臂和英特尔之间的另一个重要区别是，后者从头到尾控制其整个过程，并直接出售其芯片。ARM只是出售许可证。英特尔保持其体系结构，CPU设计，甚至完全是内部制造的。相比之下，ARM为Apple，Samsung和Qualcomm等合作伙伴提供了各种产品。这些范围从现成的CPU核心设计等Cortex-A78和A710，设计通过其合作伙伴关系ARM CXC程序，以及允许苹果和三星等公司建立自定义CPU内核的公司定制许可证，甚至对指令集进行调整。

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构建自定义CPU是一个昂贵且涉及的过程，但是正确完成的过程可以清楚地带来强大的结果。Apple的CPU展示了定制硬件和说明如何将ARM的性能推向更接近主流X86-64甚至更远的地方。虽然三星的猫鼬核心不太成功，最终陷入困境。

Apple打算用自己的基于ARM的硅逐渐替换其Mac产品中的Intel CPU。Apple M1是这项工作中的第一个芯片，为最新的MacBook Air，Pro和Mac Mini提供动力。M1拥有一些令人印象深刻的性能改进，表明高性能的ARM核心能够在更苛刻的计算场景中以X86-64的形式击中X86-64。但是请记住，Apple的比较是用于笔记本电脑级CPU，而不是台式机。

Intel和AMD使用的X84-64体系结构在消费者硬件空间中的原始性能方面仍处于领先地位。但是现在，ARM在产品细分市场中非常有竞争力，其中高性能和能源效率仍然关键，其中包括服务器市场。在写作时，世界上最强大的超级计算机首次在ARM CPU核心上运行。它的A64FX SOC是Fujitsu设计的，也是第一个运行ARMV8-A SVE架构的。

软件兼容性

如前所述，必须为其运行的CPU体系结构编译应用程序和软件。CPU和生态系统之间的历史婚姻（例如X86上的Android和Windows上的Android）意味着兼容性从来都不是真正bob体育提现的问题，因为应用程序不需要跨多个平台和体系结构运行。但是，在多个CPU架构上运行的跨平台应用程序和操作系统的增长正在改变此景观。

苹果的手臂Mac，Google的Chrome OS，而微软的窗户是所有现代示例，在这些示例中，软件都需要在ARM和X86-64体系结构上运行。为两者编辑本机软件是新应用程序和愿意投资重新编译的开发人员的一种选择。为了填补空白，这些平台也依赖于代码仿真。换句话说，翻译代码编译为一个CPU架构以在另一个CPU架构上运行。与本机应用程序相比，这效率较低，性能会降低性能，但是目前有可能仿真以确保应用程序起作用。

经过多年的开发，对于大多数应用程序，手臂仿真的Windows仿真状态都非常好。bob体育提现Android应用程序在大多数情况下都可以在Intel Chromebook上运行。苹果有自己的翻译工具称为罗塞塔2也支持传统Mac应用程序。但是，与本质上编译的应用相比，这三个遭受了绩效处罚。

手臂vs x86：最后一句话

在过去的十年中，ARM与X86竞争，ARM赢得了智能手机等低功率设备的选择。现在，该体系结构也正在大步进行笔记本电脑和其他设备，以提高功率效率。尽管在手机上输了，但多年来，英特尔的低功率努力也有所提高，莱克菲尔德和奥尔德·莱克（Alder Lake）等混合思想现在与手机中的传统手臂处理器共享更多的共同点。

也就是说，ARM和X86与工程的角度保持截然不同，并且它们继续具有个人优势和劣势。但是，随着生态系统越来越多地支持这两种体系结构，两者中的消费者用例都变得模糊。然而，尽管ARM与X86比较有交叉，但在可预见的未来，它肯定是智能手机行业的首选架构。该体系结构也显示出笔记本电脑级计算和效率的主要希望。