CPU两大架构X86 和 ARM


(1)中央处理单元(CPU):

  主要由运算器、控制器、寄存器三部分组成。运算器就是起着运算的作用,控制器就是负责发出CPU每条指令所需要的信息,寄存器就是保存运算或者指令的一些临时文件,这样可以保证更高的速度。

  CPU有着处理指令、执行操作、控制时间、处理数据四大作用。移动设备很复杂, CPU需要执行数以百万计的指示,才能使它向期待的方向运行,而CPU的速度和功率效率是至关重要的。速度影响用户体验,而效率影响电池寿命。最完美的移动设备是高性能和低功耗相结合。

(2)CPU架构

  从CPU发明到现在,有非常多种架构,从我们熟悉的X86,ARM,到不太熟悉的MIPS,IA64,它们之间的差距都非常大。但是如果从最基本的逻辑角度来分类的话,它们可以被分为两大类,即所谓的“复杂指令集(CISC)”与“精简指令集(RISC)”系统。

  Intel和ARM处理器的第一个区别是,前者使用复杂指令集(CISC),后者使用精简指令集(RISC。属于这两种类中的各种架构之间最大的区别,在于它们的设计者考虑问题方式的不同。

(3)ARM

  ARM处理器非常适用于移动通信领域,具有低成本、高性能和低耗电的特性,ARM的高性价比和低耗能在移动市场比英特尔更具优势。

  ARM的架构相较于基于CISC的x86架构处理器,由于为了满足电脑产业发展而不断加入指令集,使得处理器日益庞大,但每个指令集用到的频率也越差越大,许多指令到后来已经相当少用,甚至是可以被新的指令所取代。而ARM架构则大幅简化架构,仅保留所需要的指令,可以让整个处理器更为简化,拥有小体积、高效能的特性。

  GOOGLE的Android系统和苹果的IPAD、IPHONE推出后,ARM架构的电脑系统(特别是在终端方面应用)受到用户的广泛支持和追捧,ARM+Android成为IT、通信领域最热门的话题,众多芯片厂商纷纷推出具有各种独特应用功能基于ARM结构开发的产品,近期最新形成的“异构概念”更成为电脑今后发展主要方向。在IT行业推崇了20多年的“性价比“概念受到根本的动摇和冲击,“适用的才是最好的”已经被越来越多的用户接受。

(4)X86与ARM的比较

性能:

  X86结构的电脑无论如何都比ARM结构的系统在性能方面要快得多、强得多。

  X86的CPU随便就是1G以上、双核、四核大行其道,通常使用45nm(甚至更高级)制程的工艺进行生产;而ARM方面:CPU通常是几百兆,最近才出现1G左右的CPU,制程通常使用不到65nm制程的工艺,可以说在性能和生产工艺方面ARM根本不是X86结构系统的对手。

  但ARM的优势不在于性能强大而在于效率,ARM采用RISC流水线指令集,在完成综合性工作方面根本就处于劣势,而在一些任务相对固定的应用场合其优势就能发挥得淋漓尽致。

扩展能力

  X86结构的电脑采用“桥”的方式与扩展设备(如:硬盘、内存等)进行连接,而且x86结构的电脑出现了近30年,其配套扩展的设备种类多、价格也比较便宜,所以x86结构的电脑能很容易进行性能扩展,如增加内存、硬盘等

  ARM结构的电脑是通过专用的数据接口使CPU与数据存储设备进行连接,所以ARM的存储、内存等性能扩展难以进行(一般在产品设计时已经定好其内存及数据存储的容量),所以采用ARM结构的系统,一般不考虑扩展。基本奉行“够用就好”的原则。

操作系统的兼容性

  X86系统由微软及Intel构建的Wintel联盟一统天下,垄断了个人电脑操作系统近30年,形成巨大的用户群,也深深固化了众多用户的使用习惯,同时x86系统在硬件和软件开发方面已经形成统一的标准,几乎所有x86硬件平台都可以直接使用微软的视窗系统及现在流行的几乎所有工具软件,所以x86系统在兼容性方面具有无可比拟的优势

  ARM系统几乎都采用Linux的操作系统,而且几乎所有的硬件系统都要单独构建自己的系统,与其他系统不能兼容,这也导致其应用软件不能方便移植,这一点一直严重制约了ARM系统的发展和应用。GOOGLE开发了开放式的Android系统后,统一了ARM结构电脑的操作系统,使新推出基于ARM结构的电脑系统有了统一的、开放式的、免费的操作系统,为ARM的发展提供了强大的支持和动力。

功耗

  X86电脑因考虑要适应各种应用的需求,其发展思路是:性能+速度。20多年来x86电脑的速度从原来8088的几M发展到现在随便就是几G,而且还是几核,其速度和性能已经提升了千、万倍,技术进步使x86电脑成为大众生活中不可缺少的一部分。但是x86电脑发展的方向和模式,使其功耗一直居高不下,一台电脑随便就是几百瓦,即使是号称低功耗节能的手提电脑或上网本,也有十几、二十多瓦的功耗,这与ARM结构的电脑就无法相比。

  ARM的设计及发展思路是:满足某个特殊方面的应用即可,在某一专项领域是最强的,(哪怕在其他方面一无是处),这样Arm以其不是最强的技术,同样也不是很高级制程的制造工艺,生产出性能不是很强的电脑系统,但在某个专业应用方面则是最好的,特别是在众多终端应用,尤其在移动终端应用上占有绝对优势的统治地位,这个原因就是:功耗

  高功耗导致了一系列X86系统无法解决的问题出现:系统的续航能力弱、体积无法缩小、稳定性差、对使用环境要求高等问题。

  从这里我们可以看到x86系统与ARM系统是在两个完全不同领域方面的应用,他们之间根本不存在替换性,在服务器、工作站以及其他高性能运算等应用方面,是可以不考虑功耗和使用环境等条件时,X86系统占了优绝对优势;但受功耗、环境等条件制约且工作任务固定的情况下ARM就占有很大的优势,在手持式移动终端领域,X86的功耗更使他英雄毫无用武之地

(5)Linux和ARM

Linux和Ubuntu

  Linux是一套开源的免费使用和自由传播的Unix操作系统,它支持32位和64位硬件。Linux继承了Unix以网络为核心的设计思想,是一个性能稳定的多用户网络操作系统。

  Linux操作系统存在着许多不同的版本,比如大家比较熟悉的UbuntuRedHatFedora等,但它们都使用了Linux内核。Linux可安装在各种计算机硬件设备中,比如手机、平板电脑、路由器、视频游戏控制台、台式计算机、大型机和超级计算机。

  严格来讲,Linux这个词本身只表示Linux内核,但实际上人们已经习惯了用Linux来形容整个基于Linux内核,并且使用GNU 各种工具和数据库的操作系统。

交叉编译

  引入两个名词:宿主机(Host),和目标机(Target)。开发板由于硬件所限不能直接在本地建立起开发环境,需要在配置高的个人电脑上开发完软件后再移植到开发板上运行。此处的开发板就是Target,个人电脑就是Host。

  简单来说,交叉编译就是在一个平台上生成另一个平台上的可执行代码。由于Target和Host的平台不一样(平台包括体系结构,最直观的就是CPU不一样,一个是x86,另一个是ARM,使用的汇编语言都不一样),不能使用Host的编译工具,而需要在Host中安装Target的编译工具链(cross compilation tool chain),来编译得到的运行于Target上的可执行代码。

arm-linux-gcc的版本

  常用的交叉编译工具就是arm-linux-gcc,和arm-linux-g++,分别用于编译C文件和C++文件。早些年安装arm-linux-gcc交叉编译工具对于一个嵌入式新手来说特别棘手,因为它需要安装多个软件包,每个软件包都有它的依赖关系,安装过程中不能有半点差错(真庆幸我没赶上那些年)。现在我们购买开发板时,厂家都提供对应的交叉编译工具,安装非常方便。

  理论上讲,某一个特定型号的CPU会有特定的arm-linux-gcc与之对应,采用不同CPU的开发板之间的程序是不能用同一个交叉编译工具的(比如全志A20开发板的工具编译得到的程序就不能在S3C6410开发板上执行)。但是也有特殊情况,前两天就发现了一个。友善之臂S3C6410(ARM11)开发板提供的编译工具编译的一个小程序可以在S5PV210 (Coretex-A8)开发板上运行。不过反过来S5PV210开发板提供的编译工具编译的小程序就不能在S3C6410开发板上运行。

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转载自blog.csdn.net/zhaol_90/article/details/79006154
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