隨著蘋果基于Arm設(shè)計(jì)的M1 CPU面世，并發(fā)布了全新的Mac系列產(chǎn)品，而這些機(jī)器還備受好評(píng)，現(xiàn)在正是時(shí)候讓每個(gè)人都去回憶一下這個(gè)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(shí)候：TV

ARM處理器控制全世界超過1300億個(gè)設(shè)備，如果沒有它們，當(dāng)前的科技社會(huì)或可能會(huì)受到巨大的影響。但他們的崛起是一個(gè)非常奇怪的故事。因?yàn)樗恼魍境錆M了看似糟糕的運(yùn)氣，病最終提供了關(guān)鍵的機(jī)會(huì)。

這首先與一個(gè)電視節(jié)目有關(guān)，那就是BBC在1982年推出的一項(xiàng)名為“ The Computer Programme”的計(jì)劃。英國廣播公司（BBC）試圖對(duì)英國人進(jìn)行教育，這些新的花哨的機(jī)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(jì)算機(jī)素養(yǎng)項(xiàng)目的一部分，以回應(yīng)人們對(duì)英國對(duì)美國正在發(fā)生的個(gè)人計(jì)算機(jī)新革命的深遠(yuǎn)而令人震驚的準(zhǔn)備沒有反應(yīng)的擔(dān)心。與大多數(shù)電視節(jié)目不同，BBC希望節(jié)目中配備一臺(tái)計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)將用于解釋基本的計(jì)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(luò)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(jì)算機(jī)必須非常好。因?yàn)橹破说男枨笫侨绱酥撸灾劣谑袌錾蠜]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(dǎo)的英 UK‘s young computer industry發(fā)出了呼吁，該公司在計(jì)算器和微型電視上發(fā)了大財(cái)。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(shè)計(jì)用于運(yùn)行水果機(jī)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（我們稱為老虎機(jī)），然后將其轉(zhuǎn)變?yōu)榛?502處理器的小型愛好者計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這與Apple II，Atari 2600和Commodore 64計(jì)算機(jī)等中使用的CPU系列相同。該CPU的設(shè)計(jì)將在以后變得很重要，因此，請(qǐng)不要忘記它。

Acorn開發(fā)了一種稱為Atom的家用計(jì)算機(jī)，所以當(dāng)BBC的機(jī)會(huì)出現(xiàn)時(shí)，他們開始計(jì)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(jī)器在那個(gè)時(shí)代將非常強(qiáng)大，盡管不如Acorn最初的設(shè)想那么強(qiáng)大，但Atom的后繼產(chǎn)品將配備兩個(gè)CPU，一個(gè)經(jīng)過驗(yàn)證的6502和一個(gè)尚未確定的16位CPU。

Acorn后來放棄了該CPU，但保留了一個(gè)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(jì)算機(jī)。（這也將在以后變得更加重要。）

BBC Micro的工程設(shè)計(jì)確實(shí)突破了Acorn的極限，因?yàn)樗悄莻€(gè)時(shí)代的一臺(tái)非常先進(jìn)的機(jī)器。這導(dǎo)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(jī)器正常工作。

從來沒有人真正弄清楚過為什么只有當(dāng)手指放在主板上的某個(gè)點(diǎn)時(shí)機(jī)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(jìn)。

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(jì)算機(jī)。

每個(gè)渴望讀懂這一點(diǎn)的人都知道，1980年代是計(jì)算歷史上非常重要的時(shí)期。IBM的PC于1981年發(fā)布，為個(gè)人計(jì)算設(shè)定了幾十年的標(biāo)準(zhǔn)。1983年的Apple Lisa預(yù)示了Mac和Windows-icons-mouse圖形用戶界面的整個(gè)革命，它將主導(dǎo)隨后的計(jì)算。

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

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

但英特爾完全忽略了它們。

RISC業(yè)務(wù)

對(duì)于英特爾來說，這將是一個(gè)非常糟糕的決定。

Acoren接下來做出了自己設(shè)計(jì)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(yùn)營以及有關(guān)一種名為簡化指令集計(jì)算（RISC）的新型處理器設(shè)計(jì)概念的各種研究的啟發(fā)，Acorn決定繼續(xù)前進(jìn)，而工程師Steve Furber和Sophie Wilson是該項(xiàng)目的主要參與者。

現(xiàn)在，RISC處理器經(jīng)常被與復(fù)雜指令集計(jì)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(fù)雜的指令集，從而使它們可以在CPU的多個(gè)“時(shí)鐘周期”內(nèi)執(zhí)行復(fù)雜的任務(wù)。這意味著復(fù)雜性實(shí)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(fù)雜。因此，CISC計(jì)算機(jī)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(gè)時(shí)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(shè)計(jì)RISC CPU，因?yàn)樗麄冏钍煜さ男酒?502通常被認(rèn)為是一種原始RISC設(shè)計(jì)。

實(shí)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(shè)計(jì)指令集時(shí)，似乎顯然受到了許多6502設(shè)計(jì)概念的直接啟發(fā)。

使用BBC Micro的Tube接口作為測試平臺(tái)，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(yīng)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(zhǔn)備好了。

1987年，推出了第一臺(tái)基于RISC的生產(chǎn)型個(gè)人計(jì)算機(jī)，即由ARM2 CPU驅(qū)動(dòng)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(shí)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(qiáng)大的機(jī)器。它具有當(dāng)時(shí)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?dú)w功于其精簡而激進(jìn)的CPU，真正展示了該機(jī)的速度。

當(dāng)時(shí)，這第一臺(tái)基于ARM的機(jī)器據(jù)稱是該時(shí)代最快的個(gè)人計(jì)算機(jī)，其性能等級(jí)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(duì)簡單性，因此，該芯片的計(jì)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(tái)式機(jī)設(shè)計(jì)CPU，所以ARM的低功耗/低熱量特性不是初始設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，但它可能被證明是計(jì)算歷史上最幸運(yùn)和最有益的計(jì)劃外副產(chǎn)品。。

這種低功耗和低發(fā)熱量使ARM成為移動(dòng)設(shè)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(qiáng)大的CPU將手寫文字轉(zhuǎn)換為文本并運(yùn)行GUI的原因。由AA電池供電，并且沒有轉(zhuǎn)動(dòng)手持設(shè)備，這會(huì)導(dǎo)致手灼痛。他們想要研究的手持設(shè)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(gè)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(jì)算機(jī)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(duì)ARM將驅(qū)動(dòng)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(jī)的默認(rèn)選擇，無論它們來自Apple還是其他公司。ARM CPU為并非嚴(yán)格基于Intel的臺(tái)式機(jī)，筆記本電腦或服務(wù)器的每臺(tái)思維機(jī)提供了動(dòng)力?，F(xiàn)在，有了ARM Chromebook和蘋果公司新的基于MacOS ARM的MacOS臺(tái)式機(jī)和筆記本電腦，ARM似乎終于可以回到臺(tái)式機(jī)中的一切。

這么多年以后，ARM起源的故事仍然值得一講，因?yàn)樗侨绱酥豢赡?。這是一個(gè)奇怪的，計(jì)劃外的事件序列，來自不太可能的來源。盡管ARM在當(dāng)今世界上絕對(duì)占主導(dǎo)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(gè)絕無僅有的行業(yè)龐然大物。

花點(diǎn)時(shí)間反思一下，真是太好了：因?yàn)橛烁械阶约罕挥?jì)算機(jī)革命拋在了后面，所以他們決定制作有關(guān)計(jì)算機(jī)的電視節(jié)目。為此，他們需要一臺(tái)計(jì)算機(jī)，因此一家處于劣勢的英國公司想出了一個(gè)好計(jì)算機(jī)。當(dāng)那家小公司需要構(gòu)建更快的CPU時(shí)，因?yàn)橛⑻貭柌辉敢饨勇犽娫?，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(rèn)為是最大的故障提供了動(dòng)力。當(dāng)然，從那里開始，公司繼續(xù)占領(lǐng)整個(gè)世界。
責(zé)任編輯:tzh