09212089 白雪尧 单位能耗下x86处理器与arm处理器的单位能耗处理速度和最大处理速度比较(1)

单位能耗下 X86 处理器与 ARM 处理器的单 位能耗处理速度和最大处理速度比较 白雪尧（09212089 ） 摘要： x86 或 80x86 是英特尔首先开发制造的一种微处理器体系结构的泛称。 该系列较早期的处理器名称是以数字来表示，并以“86” 作为结尾，包括 Intel 8086、80186、 80286、80386 以及 80486，因此其架构被称为 “x86”。 ARM 架构（过去称作进阶精简指令集机器（Advanced RISC Machine） ，更早称作 Acorn RISC Machine）是一个 32 位元精简指令集（RISC） 中央处理器（processor ）架构，其广泛 地使用在许多嵌入式系统（embedded）设计。由于节能的特点，ARM 处理器非常适用于 行动通讯领域，符合其主要设计目标为低耗电的特性。 关键字：主频，工作电压，处理器架构 从第一代 8086 说起，每一代的 X86 系列处理器的更新换代，都基本遵循有名的 “摩尔 定律” 8086 是由英特尔于 1978 年所设计的 16 位微处理器芯片，同时也是为 x86 架构系列之开 端。8086 有四个完全一样的 16 位暂存器，但也能够当作八个 8 位暂存器来访问；以及四 个 16 位索引暂存器（包含堆栈索引） 。数据暂存器通常由指令隐含地使用，针对暂存值需 要复杂的暂存器配置。它提供 64K 8 位的输出输入（或 32K 16 位）端口，以及固定的矢量 中断。大部分的指令只能够访问一个存储器地址，所以其中一个操作符必须是一个暂存器。 运算结果会存储在操作符中的一个。 处理器的运行时频率介于 4.77Mhz 和 10MHz 之间，工作电压为 5V 。 1982 年 2 月 1 日：在 80186 发布后的几周，80286 就发布了。80286 处理器集成了大约 13.4 万个晶体管,最大主频为 20MHz,采用 16 位资料总线和 24 位位址总线。与 8086 相比， 80186/80188 增强了部分软硬件功能 。80286 增加了实存和虚拟存储器管理,可以在两种不 同的模式下工作,一种叫实模式, 另一种叫保护方式。 1985 年 10 月，Intel 推出 16MHz 80386DX 微处理器( 时钟频率达到 202533MHZ,)，可以 直接访问 4G 字节的内存,并具有异常处理机制 ;虚拟 86 模式可以同时模拟多个 8086 处理器 来加强多任务处理能力。 80386 的广泛应用,将 PC 机从 16 位时代带入了 32 位时代。 80386 的包含 27.5 万个晶体管。 1989 年 , Intel 推出 80486 芯片，工作频率为 25MHz。处理器内含晶体管数为 120 万个， 具备 8 KB 的高速缓存，核心电压为 5 V。首次采用了 RISC 精简指令集技术 1993 年 ,Intel 新一代处理器诞生，正式命名为 Pentium,而不是 80586。当时，英特尔成功 的开发出两款新的处理器：英特尔奔腾处理器 Pentium 60 和 Pentium 66，这两款 CPU 具 备超过 330 万个晶体管，并且采用 0.80 和 0.60 微米制程。它们集成 16 KB 的 L1 高速缓存， L2 高速缓存则做在主板上。当时使用这两款 CPU 的电脑的系统总线为 30MHz，甚至比当时 最快的 486CPU 还要慢。 ARM 芯片： ARM2 是 ARM 公司首颗量产芯片，其具有 32 位元的资料总线、26 位元的寻址空间，并 提供 64 Mbyte 的寻址范围与 16 个 32-bit 的暂存器。ARM2 可能是全世界最简单实用的 32 位元微处理器，其仅容纳了 30,000 个晶体管（相较于 Motorola 六年后的 68000 其包含了 70,000 颗） 。之所以精简的原因在于它不含微码，而与现今大多数的 CPU 不同，它没有包 含任何的快取。这个精简的特色使它只需消耗很少的电能，却能发挥比 Intel 80286 更好 的效能 来源请求。后继的处理器 ARM3 更备有 4KB 的快取，使它能发挥更佳的效能。 ARM7 的 处 理 速 度 为 0.9MIPS/MHz,常 见 的 ARM7 芯 片 系 统 主 时 钟 20MHz- 133MHz,ARM9 的 处 理 速 度 为 1.1MIPS/MHz,常 见 的 ARM9 的 系 统 主 时 钟 为 100MHz- 233MHz, ARM10 最 高 可 以 达 到 700MHz。 由 于 ARM 构 架 不 同 于 Intel， 且 采 用 更 为 先 进 合 理 的 处 理 器 精 简 技 术 ， 因 此 在 单 位 能 耗 下 ， 其 处 理 器 的 表 现 明 显 优 于 Intel。 能 耗 0 5 10 15 20 25 30 35 Intelx86 ARM系 列 由于 ARM 开发芯片起步晚于 intel 公司，所以其产品比较只能用相同代数的处理器进行 比较以观察其发展实力。 第 一 代 产 品 第 二 代 产 品 第 三 代 产 品 第 四 代 产 品 0 20 40 60 80 100 120 Intelx86 ARM系 列 注：(图中 Intel 性能明显劣于 ARM 是由于其早期产品年份明显早于 ARM 第一代产品) 从处理器开发角度看，两家公司的处理器开发进度及性能都基本遵循摩尔定律。 其中， Intel 的最新酷睿系列产品，在不考虑功耗情况下，性能优于 ARM 系列产品。尤 其在超频领域，Intel