x86和arm的比较

问题:两款主频差不多的芯片的移动端平板设备,一个是x86的因特尔i5,一个arm,x86耗电量会大,发热也严重

分析:


1、x86和arm架构定位不同,arm基于精简指令(RISC),本身定位于嵌入式平台,简化了硬件逻辑的设计,减少了晶体管,从而降低功耗,流水线等控制并不复杂,进一步降低了晶体管数量,主要是面对轻量级的、目标明确单一的程序,所以主要都是移动端使用;而x86基于复杂指令集CISC,有很多机器指令,只为完成某项专门任务,所以使得硬件逻辑很复杂,加上其他流水线指令集并行、超线程、虚拟化等,复杂度很高,晶体管数量庞大,主要定位计算密集场景,例如多媒体编辑、科研计算等,所以将x86和arm在移动端环境比较并不准确

2、arm是为了低功耗,x86是为了高性能

 

CISC和RISC的比较

(一)CISC

1. CISC体系的指令特征

1)
使用微代码。指令集可以直接在微代码存储器(比主存储器的速度快很多)里执行,新设计的处理器,只需增加较少的电晶体就可以执行同样的指令集,也可以很快地编写新的指令集程序。

2)
庞大的指令集。可以减少编程所需要的代码行数,减轻程序员的负担。高级语言对应的指令集:包括双运算元格式、寄存器到寄存器、寄存器到存储器以及存储器到寄存器的指令。

2. CISC体系的优缺点

1) 优点:能够有效缩短新指令的微代码设计时间,允许设计师实现 CISC
体系机器的向上兼容。新的系统可以使用一个包含早期系统的指令超集合,也就可以使用较早电脑上使用的相同软件。另外微程序指令的格式与高级语言相匹配,因而编译器并不一定要重新编写。

2) 缺点:指令集以及芯片的设计比上一代产品更复杂,不同的指令,需要不同的时钟周期来完成,执行较慢的指令,将影响整台机器的执行效率。

(二)RISC

1. RISC体系的指令特征

1) 精简指令集:包含了简单、基本的指令,通过这些简单、基本的指令,就可以组合成复杂指令。

2) 同样长度的指令:每条指令的长度都是相同的,可以在一个单独操作里完成。

3) 单机器周期指令:大多数的指令都可以在一个机器周期里完成,并且允许处理器在同一时间内执行一系列的指令。

2. RISC体系的优缺点

1) 优点:在使用相同的芯片技术和相同运行时钟下,RISC 系统的运行速度将是 CISC
的2~4倍。由于RISC处理器的指令集是精简的,它的内存管理单元、浮点单元等都能设计在同一块芯片上。RISC 处理器比相对应的 CISC
处理器设计更简单,所需要的时间将变得更短,并可以比CISC处理器应用更多先进的技术,开发更快的下一代处理器。

2)
缺点:多指令的操作使得程序开发者必须小心地选用合适的编译器,而且编写的代码量会变得非常大。另外就是RISC体系的处理器需要更快的存储器,这通常都集成于处理器内部,就是L1
Cache(一级缓存)。

综合上面所述,若要再进一步比较CISC与RISC之差异,可以由以下几点来进行分析:

1. 指令的形成:CISC
因指令复杂,故采用微指令码控制单元的设计,而RISC的指令90%是由硬件直接完成,只有10%的指令是由软件以组合的方式完成,因此指令执行时间上RISC较短,但RISC所须ROM空间相对的比较大,至于RAM使用大小应该与程序的应用比较有关系。

2. 寻址模式:CISC的需要较多的寻址模式,而RISC只有少数的寻址模式,因此CPU在计算存储器有效位址时,CISC占用的汇流排周期较多。

3.
指令的执行:CISC指令的格式长短不一,执行时的周期次数也不统一,而RISC结构刚好相反,故适合采用流水线处理架构的设计,进而可以达到平均一周期完成一指令的方向努力。显然的,在设计上RISC较CISC简单,同时因为CISC的执行步骤过多,闲置的单元电路等待时间增长,不利于平行处理的设计,所以就效能而言RISC较CISC还是占了上风,但RISC因指令精简化后造成应用程式码变大,需要较大的存储器空间,且存在指令种类较多等等的缺点。

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