由M1看ARM架构

杂谈

发布日期: 2020-11-13

最近苹果Mac发布会发布了自研ARM架构的桌面处理器M1，目的在与打通移动端和PC使其直接兼容。

ARM架构

进阶精简指令集机器(Advanced RISC Machine)，是32位精简指令集(RISC)处理器架构，广泛地使用在许多嵌入式系统设计
优点：适合移动通讯领域，低功耗
目前ARM家族占据了32位嵌入式处理器75%的比例

ARM处理器指令集

ARM指令集是指计算机ARM操作指令系统。在ARM中有两种方式可以实现程序的跳转：一种是跳转指令；另一种是直接向PC寄存器（R15）中写入目标地址值

ARMV6、ARMV7、ARMV7s、ARM64、ARM64E都是

ARM架构图

下图所示的是ARM构架图。它由32位ALU、若干个32位通用寄存器以及状态寄存器、32&TImes;8位乘法器、32&TImes;32位桶形移位寄存器、指令译码以及控制逻辑、指令流水线和数据/地址寄存器组成。
　　1、ALU：它有两个操作数锁存器、加法器、逻辑功能、结果以及零检测逻辑构成。
　　2、桶形移位寄存器：ARM采用了32&TImes;32位的桶形移位寄存器，这样可以使在左移/右移n位、环移n位和算术右移n位等都可以一次完成。
　　3、高速乘法器：乘法器一般采用“加一移位”的方法来实现乘法。ARM为了提高运算速度，则采用两位乘法的方法，根据乘数的2位来实现“加一移位”运算;ARM高速乘法器采用32&TImes;8位的结构，这样，可以降低集成度（其相应芯片面积不到并行乘法器的1/3）。
　　4、浮点部件：浮点部件是作为选件供ARM构架使用。FPA10浮点加速器是作为协处理方式与ARM相连，并通过协处理指令的解释来执行。
　　5、控制器：ARM的控制器采用的是硬接线的可编程逻辑阵列PLA。
　　6、寄存器

x86架构

目前的PC架构绝大多数都是Intel的X86架构，貌似也是因为INTEL的这个X86架构早就了目前INTEL如日中天的地位。X86架构（The X86 architecture）是微处理器执行的计算机语言指令集，指一个intel通用计算机系列的标准编号缩写，也标识一套通用的计算机指令集合。

当然，这个架构图并不是所有的都是如此，根据不同的主板，平台，架构是略有差别的比如说，目前很多主板已经将北桥集成到CPU当中，将南桥集成为PCH，但大致的框架还是如此的。下面对这个架构图上的各个内容分别进行一些简介。
　　1：CPU，大家都不陌生的名词，中央处理器，计算机的核心大脑。
　　2：北桥（North Bridge Chipset）：北桥是电脑主板上的一块芯片，位于CPU插座边，起连接作用。
　　3：南桥芯片（South Bridge）是主板芯片组的重要组成部分，一般位于主板上离CPU插槽较远的下方，PCI插槽的附近，这种布局是考虑到它所连接的I/O总线较多，离处理器远一点有利于布线。
　　4：内存是计算机中重要的部件之一，它是与CPU进行沟通的桥梁。计算机中所有程序的运行都是在内存中进行的，因此内存的性能对计算机的影响非常大。
　　5：显卡（Video card，Graphics card）全称显示接口卡，又称显示适配器，是计算机最基本配置、最重要的配件之一。
　　6：显示j接口
　　7：网卡是工作在链路层的网络组件，是局域网中连接计算机和传输介质的接口，不仅能实现与局域网传输介质之间的物理连接和电信号匹配，还涉及帧的发送与接收、帧的封装与拆封、介质访问控制、数据的编码与解码以及数据缓存的功能等。
　　8：声卡的基本功能是把来自话筒、磁带、光盘的原始声音信号加以转换，输出到耳机、扬声器、扩音机、录音机等声响设备，或通过音乐设备数字接口（MIDI）使乐器发出美妙的声音。
　　9：SATA（Serial Advanced Technology Attachment，串行高级技术附件）是一种基于行业标准的串行硬件驱动器接口，是由Intel、IBM、Dell、APT、Maxtor和Seagate公司共同提出的硬盘接口规范。
　　10：硬盘是电脑主要的存储媒介之一，由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成。碟片外覆盖有铁磁性材料。
　　11：总线

RISC-V

基于精简指令集（RISC）原则的开源指令集架构（ISA），且开源免费。RISC-V指令集的设计考虑了小型、快速、低功耗

ARM、x86架构、RISC-V

ARM在2011年底发布ARMV8为首款64位处理器，18年底开始Windows已开始支持64位ARM应用开发和提交，所以x86 比 ARM 功耗高如今已经不再成立,如Atom。同时RISC-V的出现(CISC强调运算性能，专注桌面电脑、服务器和超算市场。RISC的代表为ARM，而CISC的代表则是我们耳熟能详的x86，而RISC-V是RISC的升级版)，由于没有历史包袱可以规避很多计算机体系结构中存在的漏洞，免费开源。并且，随着RISC-V开源架构吸引IBM、恩智浦、Western Digital、NVIDIA、Qualcomm、三星、Google、华为、Rambus、美高森美、Marvell、联发科、SK hynix、Seagate、CEVA、阿里巴巴、Allwinner、猎户星空，以及加州大学伯克利分校、麻省理工学院、普林斯顿大学、苏黎世联邦理工学院、印度理工学院、罗伦兹国家实验室、新加坡南洋理工大学及中国中科院计算所等学术机构，现阶段已经可以执行64位运算模式，并且在运算效能、功耗等方面均有一定优势，部分硬件设计也使用该架构，软件也陆续加入JVM、LLVM、Python等常见开发工具。