ARM和x86是地球上最常见的两个处理器系列。它们的优点,缺点和用途是什么?
多年来,ARM(最初是Acorn RISC机器,但现在是Advanced RISC机器)一直是现代微处理器和嵌入式设计的中心。专注于低功耗和简单的指令集,特别是移动设备从处理器设计中受益匪浅。
但是几年前,Raspberry Pi首次亮相,它拥有包括700MHz ARM内核的Broadcom SoC。ARM内核本身具有低成本和简单性。
英特尔方面,主要生产针对高性能和高吞吐量环境的处理器,包括台式机,笔记本电脑,服务器,甚至超级计算机。但是,情况已不再如此,因为英特尔正在利用许多移动处理器来拥抱移动/低功耗市场,包括英特尔凌动系列(支持Windows 10平板电脑的主要处理器之一)。
这两个处理器系列具有许多差异,包括它们的处理能力,功耗,软件和应用程序。让我们来看看。
处理能力的差异ARM处理器属于RISC系列,它代表精简指令集计算。
RISC处理器的重点是保持尽可能少的指令数量,同时还要使这些指令尽可能简单。简单的指令对于硬件和软件工程师都具有一些优势。由于指令很简单,因此所需的
电路需要更少的晶体管,从而导致更大的芯片空间和/或更小的芯片。因此,ARM处理器通常会集成许多外围设备,包括图形处理单元,从而使Raspberry Pi等计算机只需很少的组件。
但是简单的说明需要付出一定的代价。执行任务需要更多指令,这会导致内存消耗增加和执行时间延长。但是,ARM处理器通过更快的处理器和流水线来弥补增加的执行时间。
英特尔处理器通常在台式机环境中找到。图片由Intel Free Press [ CC-BY 2.0 ]提供
另一方面,英特尔处理器适合称为CISC的家族,CISC代表复杂指令集计算。
与RISC计算机不同,CISC上可用的指令更侧重于以高度的灵活性执行复杂的任务。
例如,许多基于RISC的计算机在寄存器之间执行操作,这通常要求程序在执行操作之前将变量加载到寄存器中。但是,基于CISC的计算机可以(或应该)能够在寄存器之间,寄存器与存储位置之间,甚至在存储位置之间执行操作。其他常见的操作包括与浮点数的乘法,桶滚,单指令循环,复杂的内存操作,内存搜索等等。
功耗差异嵌入式设计中的功耗可能是最重要的标准之一。设计为连接到
电源(例如市电)的系统通常可以忽略功耗约束,但移动设计(或连接到不可靠电源的设计)可能完全取决于电源管理。
ARM内核在低功耗设计方面表现出色,因为它们的许多内核(如果不是大多数)都不需要散热器。在包括GPU,外围设备和内存在内的许多封装中,它们的典型功耗不到5W。仅由于所使用的晶体管较少且速度相对较低(与普通台式机CPU相比),才可能实现如此小的功耗。但是同样(与上一节有关),这会影响系统的性能,因此,更复杂的操作将花费更长的时间。
ARM处理器功能强大。图片由ISEE提供[ CC BY-SA 3.0 ]
由于英特尔内核增加了复杂性,因此其功耗比ARM内核大得多。高端Intel I-7可以消耗多达130W的功率,而移动Intel处理器(例如Atom和Celeron)消耗的功率在6W至30W之间。功耗最低的处理器(Atom系列)专为笔记本电脑使用而设计,不会将图形集成到处理器中,而移动版本则可以。但是,那些集成了图形的处理器的时钟速度要低得多(在300MHz至600MHz之间),从而导致吞吐量较小。
软件差异当谈到处理器市场上的两个大公司时,比较软件可用性和工具链非常困难,因为两者都被大量使用。基于ARM的设备的优势在于可以运行专为诸如Android之类的
手机设计的操作系统。基于Intel的设备的优势是几乎可以运行可以在标准台式PC上运行的任何操作系统,包括Windows和Linux。只要使用依赖于虚拟机(例如Java)的语言编译应用程序,这两种设备都可以运行相同的应用程序。
两种架构都有大量可用的软件。图片由Socram8888提供[ CC BY 2.0 ]
但是,由于大多数操作系统是为基于x86的计算机编写的,因此基于ARM的系统当前只能安装哪些操作系统。确实存在一些适用于ARM的Linux发行版(包括著名的Raspberry Pi OS),但是一些用户可能会发现此限制。
由于ARM正变得越来越流行,微软发布了其Windows 10的简化版本,称为Windows 10物联网核心,可以在ARM处理器上运行。
应用差异您使用哪种处理器取决于嵌入式和/或单板计算机的要求。如果您的计划是批量生产目标是降低成本的单板计算机,那么唯一的选择就是ARM。如果计划是拥有一个强大的平台,那么英特尔是最好的选择。如果需要考虑节能,那么ARM可能是最佳选择,但是有些Intel处理器拥有强大的处理能力,同时功耗也很低。
对于不需要复杂显示的项目(例如监视器),ARM是最有可能的选择。这归结为几个因素,包括ARM微控制器的成本,可用的软件包以及多家供应商提供的多种产品。英特尔确实生产微控制器(例如,运行x86架构的Quark D2000系列),但是这些微控制器仅以不便于原型设计的软件包提供。但是,如果有回流焊炉,那么Quark微控制器可能是潜在的选择。
总体而言,英特尔和ARM都生产具有多种集成控制器和外围设备的出色机器。每种类型(ARM或Intel)都适合自己的细分市场。