ARM處理器是如何崛起的?

隨著蘋果基于Arm設計的M1 CPU面世，并發(fā)布了全新的Mac系列產(chǎn)品，而這些機器還備受好評，現(xiàn)在正是時候讓每個人都去回憶一下這個控制了世界大多數(shù)芯片的指令集奇怪的起源。

一開始的時候：TV

ARM處理器控制全世界超過1300億個設備，如果沒有它們，當前的科技社會或可能會受到巨大的影響。但他們的崛起是一個非常奇怪的故事。因為它的征途充滿了看似糟糕的運氣，病最終提供了關(guān)鍵的機會。

這首先與一個電視節(jié)目有關(guān)，那就是BBC在1982年推出的一項名為“ The Computer Programme”的計劃。英國廣播公司（BBC）試圖對英國人進行教育，這些新的花哨的機器到底是怎么回事。

該節(jié)目是由英國政府和BBC發(fā)起的更大的計算機素養(yǎng)項目的一部分，以回應人們對英國對美國正在發(fā)生的個人計算機新革命的深遠而令人震驚的準備沒有反應的擔心。與大多數(shù)電視節(jié)目不同，BBC希望節(jié)目中配備一臺計算機，該計算機將用于解釋基本的計算概念并教授一些BASIC編程。這些概念包括圖形和聲音，連接到圖文電視網(wǎng)絡的能力，語音合成，甚至是一些基本的AI。那就要求演出所需的計算機必須非常好。因為制片人的需求是如此之高，以至于市場上沒有任何東西能夠真正滿足BBC的愿望。

因此，英國廣播公司（BBC）向由Sinclair主導的英 UK‘s young computer industry發(fā)出了呼吁，該公司在計算器和微型電視上發(fā)了大財。最終，這家規(guī)模較小的新貴公司最終獲得了豐厚的合同：Acorn Computers。

Acorn綻放

Acorn是一家位于劍橋的公司，于1979年開始開發(fā)最初設計用于運行水果機的計算機系統(tǒng)（我們稱為老虎機），然后將其轉(zhuǎn)變?yōu)榛?502處理器的小型愛好者計算機系統(tǒng)。這與Apple II，Atari 2600和Commodore 64計算機等中使用的CPU系列相同。該CPU的設計將在以后變得很重要，因此，請不要忘記它。

Acorn開發(fā)了一種稱為Atom的家用計算機，所以當BBC的機會出現(xiàn)時，他們開始計劃將Atom的繼任者開發(fā)成后來的BBC Micro。

BBC苛刻的功能列表需求確保了最終的機器在那個時代將非常強大，盡管不如Acorn最初的設想那么強大，但Atom的后繼產(chǎn)品將配備兩個CPU，一個經(jīng)過驗證的6502和一個尚未確定的16位CPU。

Acorn后來放棄了該CPU，但保留了一個稱為Tube的接口系統(tǒng)，該接口系統(tǒng)允許將其他CPU連接到該計算機。（這也將在以后變得更加重要。）

BBC Micro的工程設計確實突破了Acorn的極限，因為它是那個時代的一臺非常先進的機器。這導致了一些引人入勝的但可行的工程決策，例如必須使用電阻器組將工程師的手指放在主板上的位置才能使機器正常工作。

從來沒有人真正弄清楚過為什么只有當手指放在主板上的某個點時機器才能工作，但是一旦他們能夠用電阻器模擬手指觸摸，他們就滿意它能正常工作并繼續(xù)前進。

英國廣播公司（BBC Micro）證明了Acorn的巨大成功，在1980年代成為英國主要的教育計算機。

每個渴望讀懂這一點的人都知道，1980年代是計算歷史上非常重要的時期。IBM的PC于1981年發(fā)布，為個人計算設定了幾十年的標準。1983年的Apple Lisa預示了Mac和Windows-icons-mouse圖形用戶界面的整個革命，它將主導隨后的計算。

Acorn看到了這些事態(tài)發(fā)展，并意識到，如果他們想競爭，他們將需要比6502更強的芯片。Acorn公司一直在嘗試許多16位CPU：當中包括6502的16位變體65816，為Apple Macintosh提供動力的Motorola 68000，以及相對罕見的National Semiconductor 32016。

但是，這些芯片都沒有達到他們的預期，為此Acorn與Intel取得了聯(lián)系，希望將Intel 80286 CPU實施到其新架構(gòu)中。

但英特爾完全忽略了它們。

RISC業(yè)務

對于英特爾來說，這將是一個非常糟糕的決定。

Acoren接下來做出了自己設計CPU的決定。受Western Design Center（正在開發(fā)新的6502版本的公司）的精益運營以及有關(guān)一種名為簡化指令集計算（RISC）的新型處理器設計概念的各種研究的啟發(fā)，Acorn決定繼續(xù)前進，而工程師Steve Furber和Sophie Wilson是該項目的主要參與者。

現(xiàn)在，RISC處理器經(jīng)常被與復雜指令集計算（CISC處理器）相比。我們有必要來做一些科普。

CPU具有一組可以執(zhí)行的操作——它們的指令集。CISC CPU具有大型，復雜的指令集，從而使它們可以在CPU的多個“時鐘周期”內(nèi)執(zhí)行復雜的任務。這意味著復雜性實際上是內(nèi)置在芯片本身的硬件中的，這意味著軟件代碼可以不太復雜。因此，CISC計算機的代碼減少了指令數(shù)量，但是CPU執(zhí)行指令所需的周期數(shù)卻增加了。

正如您可能已經(jīng)猜到的那樣，RISC是相反的：更少的指令，更少的芯片本身硬件以及每條指令都可以在一個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行。結(jié)果，代碼必須更長，而且效率似乎更低，這意味著需要更多的內(nèi)存，但是芯片本身更簡單，可以更快地執(zhí)行簡單的指令。

Acorn非常適合設計RISC CPU，因為他們最熟悉的芯片6502通常被認為是一種原始RISC設計。

實際上，新的Acorn芯片具有很高的RISC-y性能，以至于Sophie Wilson在為Acorn的新處理器設計指令集時，似乎顯然受到了許多6502設計概念的直接啟發(fā)。

使用BBC Micro的Tube接口作為測試平臺，Acorn開發(fā)的基于RISC的新CPU被稱為Acorn RISC Machine或ARM。Acorn的芯片制造供應商VLSI開始生產(chǎn)ARM CPU，首先是為了Acorn的內(nèi)部研發(fā)。不久之后，生產(chǎn)版本ARM2就準備好了。

1987年，推出了第一臺基于RISC的生產(chǎn)型個人計算機，即由ARM2 CPU驅(qū)動的Acorn Archimedes。盡管ARM的晶體管數(shù)量比Intel的大芯片少了245，000，但事實證明ARM的性能優(yōu)于Intel 286。

Archimedes及其ROM中的Arthur OS被證明是一種靈活，快速且功能強大的機器。它具有當時的良好圖形，圖形用戶界面，以及一些酷炫而快速的低多邊形演示和游戲，這要歸功于其精簡而激進的CPU，真正展示了該機的速度。

當時，這第一臺基于ARM的機器據(jù)稱是該時代最快的個人計算機，其性能等級是英特爾80286的幾倍。

少即是多

ARM缺乏晶體管可以說明ARM本身的相對簡單性，因此，該芯片的計算能力比幾乎其他任何器件都要低得多，功耗更低。

由于Acorn在為臺式機設計CPU，所以ARM的低功耗/低熱量特性不是初始設計的重點，但它可能被證明是計算歷史上最幸運和最有益的計劃外副產(chǎn)品。。

這種低功耗和低發(fā)熱量使ARM成為移動設備的自然選擇，這就是為什么Apple在1980年代后期開始四處尋找一種功能強大的CPU將手寫文字轉(zhuǎn)換為文本并運行GUI的原因。由AA電池供電，并且沒有轉(zhuǎn)動手持設備，這會導致手灼痛。他們想要研究的手持設備是臭名昭著的Newton，而只有快速而精益的ARM內(nèi)核才能滿足其需求。

蘋果和Acorn的芯片合作伙伴VLSI與Acorn合作，將ARM部門拆分為自己的新公司，稱為Advanced RISC Machines，從而使ARM的名稱得以保留。在這個聯(lián)盟的基礎(chǔ)上，加上蘋果大量資源，ARM將開發(fā)ARM6內(nèi)核，ARM610 CPU是基于該內(nèi)核的第一款生產(chǎn)芯片，并以20 Mhz的版本在1993年繼續(xù)為Apple Newton供電。

ARM610將繼續(xù)為新一代的Acorn Archimedes計算機和基于Newton的奇特筆記本電腦eMate賦能。2001年，ARM7核CPU將為Apple的iPod和Nintendo的Game Boy Advance供電。2004年，一對ARM將驅(qū)動Nintendo DS的雙屏幕。

然后，在2007年，蘋果公司將發(fā)布第一款具有ARM11核心CPU的iPhone。從那一刻起，一切都變成了ARM-bonkers。

ARM CPU成為智能手機的默認選擇，無論它們來自Apple還是其他公司。ARM CPU為并非嚴格基于Intel的臺式機，筆記本電腦或服務器的每臺思維機提供了動力。現(xiàn)在，有了ARM Chromebook和蘋果公司新的基于MacOS ARM的MacOS臺式機和筆記本電腦，ARM似乎終于可以回到臺式機中的一切。

這么多年以后，ARM起源的故事仍然值得一講，因為它是如此之不可能。這是一個奇怪的，計劃外的事件序列，來自不太可能的來源。盡管ARM在當今世界上絕對占主導地位，但其不起眼的開端使其比起英特爾/ AMD的近乎生物壟斷的感覺，更像是一個絕無僅有的行業(yè)龐然大物。

花點時間反思一下，真是太好了：因為英國人感到自己被計算機革命拋在了后面，所以他們決定制作有關(guān)計算機的電視節(jié)目。為此，他們需要一臺計算機，因此一家處于劣勢的英國公司想出了一個好計算機。當那家小公司需要構(gòu)建更快的CPU時，因為英特爾不愿意接聽電話，他們自己做了。這款內(nèi)部CPU恰好沒有使用太多功率或發(fā)熱量，因此引起了Apple的注意，Apple用它為大多數(shù)人認為是最大的故障提供了動力。當然，從那里開始，公司繼續(xù)占領(lǐng)整個世界。
責任編輯:tzh