ARM处理器是如何崛起的?

随着苹果基于Arm设计的M1 CPU面世，并发布了全新的Mac系列产品，而这些机器还备受好评，现在正是时候让每个人都去回忆一下这个控制了世界大多数芯片的指令集奇怪的起源。

一开始的时候：TV

ARM处理器控制全世界超过1300亿个设备，如果没有它们，当前的科技社会或可能会受到巨大的影响。但他们的崛起是一个非常奇怪的故事。因为它的征途充满了看似糟糕的运气，病最终提供了关键的机会。

这首先与一个电视节目有关，那就是BBC在1982年推出的一项名为“ The Computer Programme”的计划。英国广播公司（BBC）试图对英国人进行教育，这些新的花哨的机器到底是怎么回事。

该节目是由英国政府和BBC发起的更大的计算机素养项目的一部分，以回应人们对英国对美国正在发生的个人计算机新革命的深远而令人震惊的准备没有反应的担心。与大多数电视节目不同，BBC希望节目中配备一台计算机，该计算机将用于解释基本的计算概念并教授一些BASIC编程。这些概念包括图形和声音，连接到图文电视网络的能力，语音合成，甚至是一些基本的AI。那就要求演出所需的计算机必须非常好。因为制片人的需求是如此之高，以至于市场上没有任何东西能够真正满足BBC的愿望。

因此，英国广播公司（BBC）向由Sinclair主导的英 UK‘s young computer industry发出了呼吁，该公司在计算器和微型电视上发了大财。最终，这家规模较小的新贵公司最终获得了丰厚的合同：Acorn Computers。

Acorn绽放

Acorn是一家位于剑桥的公司，于1979年开始开发最初设计用于运行水果机的计算机系统（我们称为老虎机），然后将其转变为基于6502处理器的小型爱好者计算机系统。这与Apple II，Atari 2600和Commodore 64计算机等中使用的CPU系列相同。该CPU的设计将在以后变得很重要，因此，请不要忘记它。

Acorn开发了一种称为Atom的家用计算机，所以当BBC的机会出现时，他们开始计划将Atom的继任者开发成后来的BBC Micro。

BBC苛刻的功能列表需求确保了最终的机器在那个时代将非常强大，尽管不如Acorn最初的设想那么强大，但Atom的后继产品将配备两个CPU，一个经过验证的6502和一个尚未确定的16位CPU。

Acorn后来放弃了该CPU，但保留了一个称为Tube的接口系统，该接口系统允许将其他CPU连接到该计算机。（这也将在以后变得更加重要。）

BBC Micro的工程设计确实突破了Acorn的极限，因为它是那个时代的一台非常先进的机器。这导致了一些引人入胜的但可行的工程决策，例如必须使用电阻器组将工程师的手指放在主板上的位置才能使机器正常工作。

从来没有人真正弄清楚过为什么只有当手指放在主板上的某个点时机器才能工作，但是一旦他们能够用电阻器模拟手指触摸，他们就满意它能正常工作并继续前进。

英国广播公司（BBC Micro）证明了Acorn的巨大成功，在1980年代成为英国主要的教育计算机。

每个渴望读懂这一点的人都知道，1980年代是计算历史上非常重要的时期。IBM的PC于1981年发布，为个人计算设定了几十年的标准。1983年的Apple Lisa预示了Mac和Windows-icons-mouse图形用户界面的整个革命，它将主导随后的计算。

Acorn看到了这些事态发展，并意识到，如果他们想竞争，他们将需要比6502更强的芯片。Acorn公司一直在尝试许多16位CPU：当中包括6502的16位变体65816，为Apple Macintosh提供动力的Motorola 68000，以及相对罕见的National Semiconductor 32016。

但是，这些芯片都没有达到他们的预期，为此Acorn与Intel取得了联系，希望将Intel 80286 CPU实施到其新架构中。

但英特尔完全忽略了它们。

RISC业务

对于英特尔来说，这将是一个非常糟糕的决定。

Acoren接下来做出了自己设计CPU的决定。受Western Design Center（正在开发新的6502版本的公司）的精益运营以及有关一种名为简化指令集计算（RISC）的新型处理器设计概念的各种研究的启发，Acorn决定继续前进，而工程师Steve Furber和Sophie Wilson是该项目的主要参与者。

现在，RISC处理器经常被与复杂指令集计算（CISC处理器）相比。我们有必要来做一些科普。

CPU具有一组可以执行的操作——它们的指令集。CISC CPU具有大型，复杂的指令集，从而使它们可以在CPU的多个“时钟周期”内执行复杂的任务。这意味着复杂性实际上是内置在芯片本身的硬件中的，这意味着软件代码可以不太复杂。因此，CISC计算机的代码减少了指令数量，但是CPU执行指令所需的周期数却增加了。

正如您可能已经猜到的那样，RISC是相反的：更少的指令，更少的芯片本身硬件以及每条指令都可以在一个时钟周期内执行。结果，代码必须更长，而且效率似乎更低，这意味着需要更多的内存，但是芯片本身更简单，可以更快地执行简单的指令。

Acorn非常适合设计RISC CPU，因为他们最熟悉的芯片6502通常被认为是一种原始RISC设计。

实际上，新的Acorn芯片具有很高的RISC-y性能，以至于Sophie Wilson在为Acorn的新处理器设计指令集时，似乎显然受到了许多6502设计概念的直接启发。

使用BBC Micro的Tube接口作为测试平台，Acorn开发的基于RISC的新CPU被称为Acorn RISC Machine或ARM。Acorn的芯片制造供应商VLSI开始生产ARM CPU，首先是为了Acorn的内部研发。不久之后，生产版本ARM2就准备好了。

1987年，推出了第一台基于RISC的生产型个人计算机，即由ARM2 CPU驱动的Acorn Archimedes。尽管ARM的晶体管数量比Intel的大芯片少了245，000，但事实证明ARM的性能优于Intel 286。

Archimedes及其ROM中的Arthur OS被证明是一种灵活，快速且功能强大的机器。它具有当时的良好图形，图形用户界面，以及一些酷炫而快速的低多边形演示和游戏，这要归功于其精简而激进的CPU，真正展示了该机的速度。

当时，这第一台基于ARM的机器据称是该时代最快的个人计算机，其性能等级是英特尔80286的几倍。

少即是多

ARM缺乏晶体管可以说明ARM本身的相对简单性，因此，该芯片的计算能力比几乎其他任何器件都要低得多，功耗更低。

由于Acorn在为台式机设计CPU，所以ARM的低功耗/低热量特性不是初始设计的重点，但它可能被证明是计算历史上最幸运和最有益的计划外副产品。。

这种低功耗和低发热量使ARM成为移动设备的自然选择，这就是为什么Apple在1980年代后期开始四处寻找一种功能强大的CPU将手写文字转换为文本并运行GUI的原因。由AA电池供电，并且没有转动手持设备，这会导致手灼痛。他们想要研究的手持设备是臭名昭著的Newton，而只有快速而精益的ARM内核才能满足其需求。

苹果和Acorn的芯片合作伙伴VLSI与Acorn合作，将ARM部门拆分为自己的新公司，称为Advanced RISC Machines，从而使ARM的名称得以保留。在这个联盟的基础上，加上苹果大量资源，ARM将开发ARM6内核，ARM610 CPU是基于该内核的第一款生产芯片，并以20 Mhz的版本在1993年继续为Apple Newton供电。

ARM610将继续为新一代的Acorn Archimedes计算机和基于Newton的奇特笔记本电脑eMate赋能。2001年，ARM7核CPU将为Apple的iPod和Nintendo的Game Boy Advance供电。2004年，一对ARM将驱动Nintendo DS的双屏幕。

然后，在2007年，苹果公司将发布第一款具有ARM11核心CPU的iPhone。从那一刻起，一切都变成了ARM-bonkers。

ARM CPU成为智能手机的默认选择，无论它们来自Apple还是其他公司。ARM CPU为并非严格基于Intel的台式机，笔记本电脑或服务器的每台思维机提供了动力。现在，有了ARM Chromebook和苹果公司新的基于MacOS ARM的MacOS台式机和笔记本电脑，ARM似乎终于可以回到台式机中的一切。

这么多年以后，ARM起源的故事仍然值得一讲，因为它是如此之不可能。这是一个奇怪的，计划外的事件序列，来自不太可能的来源。尽管ARM在当今世界上绝对占主导地位，但其不起眼的开端使其比起英特尔/ AMD的近乎生物垄断的感觉，更像是一个绝无仅有的行业庞然大物。

花点时间反思一下，真是太好了：因为英国人感到自己被计算机革命抛在了后面，所以他们决定制作有关计算机的电视节目。为此，他们需要一台计算机，因此一家处于劣势的英国公司想出了一个好计算机。当那家小公司需要构建更快的CPU时，因为英特尔不愿意接听电话，他们自己做了。这款内部CPU恰好没有使用太多功率或发热量，因此引起了Apple的注意，Apple用它为大多数人认为是最大的故障提供了动力。当然，从那里开始，公司继续占领整个世界。
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