三大移动主流cup处理器ARM/Intel/MIPS有什么区别
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发布时间：2022-04-26 15:24
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时间：2023-10-11 16:51
总之，ARM现在是赢家，而Intel是ARM的最强对手。 那么ARM处理器和Intel处理器到底有何区别？为什么ARM如此受欢迎？你的智能手 机或平板电脑用的是什么处理器到底重要不重要？
处理器（CPU）
*处理器（CPU）是你智能设备的大脑。它的任务是通过执行一系列指令来驱动你的设备，包括显示屏，触摸屏，调制解调器等， 让一坨塑料金属混合物变成闪亮的智能手机或者平板电脑。移动设备非常复杂，其中的处理器需要执行数百万行指令才能完*们希望这些设备去做的事。速度和功耗对处理器来说至关重要。速度影响用户体验，功耗影响电池寿命。完美的移动设备必须有好性能以及低功耗。
这就是为什么选择什么样的处理器很重要。一个超级耗电，反应迟钝的处理器会很快吸*的电池，而一个考究的，高效的处理器 给你带来高性能和长久的电池寿命。总体而言，ARM和Intel处理器的第一个区别是，前者使用精简指令集（RISC），而后者使用复杂指令集（CISC)。通俗而言，精简指令集规模较小，更接近原子操作，而复杂指令集规模较大，更加复杂。 所谓原子操作，是指每条指令的工作大都可以由处理器在一个操作内完成，例如对两个寄存器做加法。复杂指令集的指令描述某个意图，但是处理器必须执行3或4个更简单的指令来实现这个意图。例如，可以命令一个复杂指令集处理器对2个数求和，并把结果存入主内存中。为了完成这个命令，处理器首先从地址1中取得第一个数（操作1），然后从地址2中取得另一个数（操作2），然后求和（操作3），等等。
所有的现代处理器都使用一种所谓微指令的概念，这是一个处理器内部的指令集合，用来描述处理器可以做的原子操作。复杂指令 集处理器实际上执行了3条微指令。对精简指令集处理器而言，其指令跟其微指令十分接近。而复杂指令集处理器的指令需要先被转换成一些更精简的微指令（就像前面的复杂指令集处理器做加法的例子中那样）。也就是说精简指令集处理器中的解码器（负责告诉处理器到底要干些什么的东东）要简单得多，而简洁意味着高效和低功耗。
制造工艺
ARM和Intel处理器的另外一个主要区别是ARM从来只是设计低功耗处理器。其宗旨是设计低功耗处理器，这是他们的强项。而Intel 的强项是设计超高性能的台式机和服务器处理器，并且的确做的不错。Intel是台式机的服务器行业的老大。过去的20年里我所有的PC，笔记本和服务器（除了一个外）用的都是Intel的处理器。然而进入移动行业时，Intel依然使用和台式机同样的复杂指令集架构，试图将其硬塞入给移动设备使用的体积较小的处理器中。
Intel i7处理器平均发热率为45瓦。基于ARM的片上系统（其中包括图形处理器）的发热率最大瞬间峰值大约是3瓦，约为Intel i7 处理器的1/15。Intel现如今是个巨头，雇佣了大量的聪明人。其最新的Atom系列处理器采用了跟ARM处理器类似的温度控制设计，为此Intel必须使用最新的22纳米制造工艺。一般而言，制造工艺的纳米数越小，能量的使用效率越高。ARM处理器使用更低的制造工艺，拥有类似的温控效果。比如，高通晓龙805处理器使用28纳米制造工艺。
64位
对于64位计算，ARM和Intel也有一些显著区别。你知不知道，Intel并没有开发64位版本的x86指令集。这个64位的指令集，名为 x86-64（有时简称为x64），实际上是AMD设计开发的。故事是这样的：Intel想搞64位计算，它知道如果从自己的32位 x86架构进化出的64位架构的话，新架构效率会很低。于是它搞了一个新64位处理器项目名为IA64，由此制造出了Itanium系列处理器。同时AMD知道自己造不出能与IA64兼容的处理器，于是它把x86扩展一下，加入了64位寻址和64位寄存器。最终出来的架构，人称AMD64，成为了64位版本的x86处理器的标准。
IA64项目并不算得上成功，现如今基本被放弃了。Intel最终采用了AMD64。Intel当前给出的移动方案，是采用了AMD开发的64位指 令集（有些许差别）的64位处理器。
ARM的故事很不一样：看到移动设备对64位计算的需求后，ARM于2011年发布了ARMv8 64位架构，这是为了下一代ARM指令集架构工作 若干年后的结晶。为了基于原有的原则和指令集，开发一个简明的64位架构，ARMv8使用了两种执行模式，AArch32和AArch64。
顾名思义，一个运行32位代码，一个运行64位代码。 ARM设计的巧妙之处，是处理器在运行中可以无缝地在两种模式间切换。这意味 着64位指令的解码器是全新设计的，不用兼顾32位指令，而处理器依然可以向后兼容。
异构计算
ARM的big.LITTLE架构是一项Intel一时无法复制的创新。在big.LITTLE架构里，处理器可以是不同类型的。传统的双核或者四核处理器中包含同样的2个核或者4个核。一个双核Atom处理器中有两个一模一样的核，提供一样的性能，拥有相同的功耗。ARM通过big.LITTLE向移动设备推出了异构计算。这意味着处理器中的核可以有不同的性能和功耗。当设备正常运行时，使用低功耗核，而当你运行一款复杂的游戏是，使用的是高性能的核。
这是怎么做到的呢？设计处理器的时候，要考虑大量的技术设计的采用与否，这些技术设计决定了处理器的性能以及功耗。在一条 指令被解码并准备执行时，Intel和ARM的处理器都使用流水线。就是说解码的过程是并行的。第一步从内存中读取指令，第二步检查和解码指令，第三步执行指令，周而复始。流水线的好处在于，当前指令在第二步的时候，下一条指令已经处于第一步。当前指令在第三步中执行的时候，下一条指令正处于第二步，而下下条指令处于第一步中，如此循环。
为了更快地执行指令，这些流水线可以被设计成允许指令们不按照程序的顺序被执行（乱序执行）。一些巧妙的逻辑结构可以判断 下一条指令是否依赖于当前的指令执行的结果。Intel和ARM都提供乱序执行逻辑结构，可想而知，这种结构十分的复杂。复杂意味着更多的功耗。Intel处理器由设计者们选择是否加入乱序逻辑结构。异构计算则没有这方便的问题。ARM Cortex-A53采用顺序执行 ，因此功耗低一些。而ARM Cortex-A57使用乱序执行，所以更快但更耗电。采用big.LITTLE架构的处理器可以同时拥有Cortex-A53 和Cortex-A57核，根据具体的需要决定如何使用这些核。在后台同步邮件的时候，不需要高速的乱序执行，仅在玩复杂游戏的时候需要。在合适的时间使用合适的核。
原则上，处理器中复杂逻辑结构越多性能越高，越少则效率越高， 指令流水线只是其中之一，包括浮点运算单元，单指令多数据逻 辑（SIMD）（比如ARM的NEON和Intel的SSE/MMX），以及一级缓存二级缓存。每种Atom片上系统，Intel仅提供一种方案，而ARM以及芯片合作伙伴提供的芯片则有多种方案可以配置。
兼容性
ARM目前是移动处理器的老大。ARM的合作伙伴们基于ARM的设计向移动和嵌入式市场的出货量已经达500亿片。对于安卓，ARM已然成 为标准，这对Intel和MIPS而言是个问题。尽管安卓的主要编程语言是Java，开发者也可以使用现有的代码（比如C或者C++）去开发应用。这些固定平台的应用通常都编译成ARM处理器的程序，不全都会编译成Intel或者MIPS处理器的程序。为了解决这个问题，Intel和MIPS要使用特殊的转换软件把ARM的指令转换成他们处理器使用的指令。这当然是会降低性能的。目前MIPS和Intel声称兼容Play Store里大约90%的应用。对于最受欢迎的150个应用，兼容率是100%。一方面兼容率很高，另一方面表明ARM的主导地位，使得其他的处理器设计者需要提供一个兼容层。
总结
制造处理器是一项复杂的业务。ARM，Intel和MIPS都在不懈努力地向移动设备提供最好的技术，而很明显ARM是老大。拥有着低功耗 ，简明的64位设计，异构计算，以及作为移动计算的标准，看来ARM在一段时间内必能保持其老大的地位。
