ARM
ARM处理器是Acorn计算机有限公司面向低预算市场设计的第一款RISC微处理器。更早称作Acorn RISC Machine。ARM处理器本身是32位设计,但也配备16位指令集,一般来讲比等价32位代码节省达35%,却能保留32位系统的所有优势。
ARM处理器的三大特点是:耗电少功能强、16位/32位双指令集和合作伙伴众多。
1、体积小、低功耗、低成本、高性能;
2、支持Thumb(16位)/ARM(32位)双指令集,能很好的兼容8位/16位器件;
3、大量使用寄存器,指令执行速度更快;
4、大多数数据操作都在寄存器中完成;
5、寻址方式灵活简单,执行效率高;
6、指令长度固定。
1 CISC(Complex Instruction Set Computer,复杂指令集计算机)在CISC指令集的各种指令中,大约有20%的指令会被反复使用,占整个程序代码的80%。而余下的80%的指令却不经常使用,在程序设计中只占20%。
2 RISC(Reduced Instruction Set Computer,精简指令集计算机)RISC结构优先选取使用频最高的简单指令,避免复杂指令;将指令长度固定,指令格式和寻地方式种类减少;以控制逻辑为主,不用或少用微码控制等
RISC体系结构应具有如下特点:
1 采用固定长度的指令格式,指令归整、简单、基本寻址方式有2~3种。
2 使用单周期指令,便于流水线操作执行。
3 大量使用寄存器,数据处理指令只对寄存器进行操作,只有加载/ 存储指令可以访问存储器,以提高指令的执行效率。除此以外,ARM体系结构还采用了一些特别的技术,在保证高性能的前提下尽量缩小芯片的面积,并降低功耗:
4 所有的指令都可根据前面的执行结果决定是否被执行,从而提高指令的执行效率。
5 可用加载/存储指令批量传输数据,以提高数据的传输效率。
6 可在一条数据处理指令中同时完成逻辑处理和移位处理。
7 在循环处理中使用地址的自动增减来提高运行效率。
严格来说ARM公司并不是单一的处理器公司,他们还有各种系统IP、物理IP、GPU、视频、显示等各种产品。当然,处理器显然是最重要也是营收最多的业务了,这其中又可以分为面向开放系统的Cortex-A、面向嵌入式系统的Cortex-R以及面向各种微控制器的Cortex-M系列,另外还有面向支付、电子政府、SIM卡等安全市场的SC系列。
目前Cortex-A系列处理器最低端的是A5,之后分别是A7、A9、A12/17、A15,还有个比较奇葩的A8,但很早被淘汰了,这些都是32位ARMv7-A指令集的,64位时代则是A53、A57、A72及最新发布的A35,基于ARMv8-A指令集。
在A7/A15时代,ARM推出了big.LITTLE架构,希望用这种这种大小搭配的组合解决处理器耗电与性能之间的矛盾,小核心主要有A7、A53及最新推出的A35这三种,他们典型的特点是顺序执行架构、低流水线、低频率设计,大核心则是A15、A17、A57及A72这几种,这种处理器都是乱序执行架构,3发射解码,高达15级流水线设计,运行频率在2GHz以上,主要面向高性能处理。
big.LITTLE的理念是非常好的,但大小核之间的切换很考验厂商的设计能力,更严重的是处理器厂商在具体的执行中已经偏离了大小核的初衷,现在的情况是高性能大核通常只有在跑分软件中才会满载,而性能较低的小核心反倒成了日常使用的主力,厂商如果协调不好二者的分配,最终的结果就是要么耗电太快,要么就是性能不佳,系统卡顿。
此外,表格中的性能是换算成每核心每MHz下的Dhrystone性能,用以衡量CPU核心性能,不过具体的性能实际上还是跟厂商的工艺、频率挂钩的,ARM在发布Cortex-A72架构时表示其性能是前代的3.5倍,这个实际上是用14/16nm工艺、2.5GHz的A72对比28nm、1.6GHz的A15处理器得来的,A72相对真正的取代对象A57核心的性能提升根本没有这么多。
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