Với những tin đồn về ARM MacBooks đã từng có được năng lượng mới, đã đến lúc hiểu được sự khác biệt về kỹ thuật giữa bộ vi xử lý ARM và bộ vi xử lý x86 phổ biến hơn của Intel và AMD.

X86 có nghĩa là gì?

Bộ xử lý Intel được tìm thấy trong máy tính để bàn và máy tính xách tay đôi khi được gọi là bộ vi xử lý “x86”. Điều này có thể hơi khó hiểu nếu bạn đã từng nhận thấy hai thư mục Program Files của bạn trên Windows.

Windows 7, 8 và 10 tham chiếu đến các chương trình 32 bit của chúng với thuật ngữ “x86” và các chương trình 64 bit của chúng (trong một số ngữ cảnh) là “x64.” Điều đó không hoàn toàn chính xác. Các bộ vi xử lý có khả năng 64 bit nên được gọi là x86-64, nhưng nó có rất nhiều clunkier.

Tên "x86" xuất phát từ bộ vi xử lý Intel 16 bit ban đầu đã sử dụng bộ x86instruction, 8086. Các thế hệ tương lai chia sẻ cùng một bộ lệnh cũng chia sẻ cùng một hậu tố, giống như 80386. Điều này tiếp tục cho đến khi các chip Pentium, đã phá vỡ quy ước đặt tên, nhưng chúng tôi vẫn sử dụng “x86” để chỉ những loại chip này.

Bộ hướng dẫn

Tất cả các bộ xử lý đều dựa trên cái gọi là "bộ chỉ dẫn". Đây là một tập hợp các hoạt động thô sơ mà một con chip có thể thực hiện và hướng dẫn cách thực hiện chúng. Nó cho chip biết cách làm toán cơ bản và di chuyển dữ liệu xung quanh. Ngôn ngữ lập trình cho các hướng dẫn này được gọi là ngôn ngữ lắp ráp.

Sự khác biệt cốt lõi giữa chip ARM và x86 là tập lệnh của họ. chip x86 là CISC, viết tắt của “tính toán bộ lệnh phức tạp”. Các chip CISC cố gắng đại diện cho một nhiệm vụ nhất định trong các đường dây lắp ráp ít nhất có thể, trừu tượng hóa các chức năng cơ bản. Những hoạt động phức tạp hơn này cũng cần phải chạy qua nhiều chu kỳ đồng hồ. Các chip ARM là RISC, viết tắt của “bộ máy tính hướng dẫn giảm.” Các chip RISC bao gồm các tập lệnh vô cùng thô sơ, phá vỡ mọi quá trình thành các bước đơn giản và cực kỳ nhỏ. Mỗi bước nhỏ hơn có thể được thực hiện trong một chu kỳ đồng hồ đơn.

CISC so với RISC

Nếu một chip CISC cần nhân hai số, nó có thể chạy một lệnh duy nhất: MULT 2, 3 . Lệnh đơn này sẽ bao gồm tải các số từ bộ nhớ, nhân chúng với nhau, và lưu trữ kết quả ở vị trí bộ nhớ chính xác. Một chip RISC thực hiện cùng một thao tác sẽ yêu cầu nhiều bước hơn. Đầu tiên, một LOAD để di chuyển các số từ các công ty đăng ký đến đơn vị thực thi. Sau đó, một lệnh PROD để nhân các số. Cuối cùng, một lệnh STOR để đặt kết quả vào thanh ghi chính xác.

Trong khi chip CISC có vẻ hiệu quả hơn vì các lệnh của nó xuất hiện đơn giản hơn, hãy ghi nhớ một vài sự khác biệt quan trọng:

  • Đầu tiên, các chip CISC thực hiện các lệnh trên nhiều chu kỳ đồng hồ, trong khi mỗi lệnh trong một chip RISC được thực hiện trên một chu kỳ đồng hồ đơn. Do đó, lệnh MULT giả định của chúng ta có thể chạy trong cùng một số chu kỳ như tập hợp các lệnh RISC thực hiện cùng một nhiệm vụ.
  • Thứ hai, tất cả các hướng dẫn và logic của CISC cần được lưu trữ trong các bóng bán dẫn. Chip RISC có thể sử dụng ít bóng bán dẫn hơn vì chúng cần lưu trữ ít lệnh hơn.
  • Thứ ba, số lượng bóng bán dẫn thấp hơn theo yêu cầu của RISC cho phép sử dụng điện năng thấp hơn.

Có một số ưu điểm đối với CISC. Đầu tiên, máy tính không cần phải làm nhiều việc để chuyển đổi từ một ngôn ngữ lập trình bậc con người như C sang ngôn ngữ lắp ráp bộ vi xử lý. Trong thực tế, lệnh MULT được đề cập ở trên rất giống với lệnh C foo = foo * bar . Chip RISC yêu cầu trình biên dịch thực hiện nhiều công việc hơn để lấy mã xuống ngôn ngữ lắp ráp. Các chip CISC cũng có thể hoạt động trực tiếp trên bộ nhớ chính trong khi các chip RISC chỉ có thể hoạt động trên các thanh ghi CPU.

Sự tiêu thụ năng lượng

Sự khác biệt cốt lõi khác giữa các kiến ​​trúc là sử dụng năng lượng. Nhờ các bộ lệnh giảm của chúng, chip RISC yêu cầu ít bóng bán dẫn hơn để hoạt động. Điều này có nghĩa là ít bóng bán dẫn cần được cấp điện hơn, dẫn đến tiết kiệm năng lượng và giảm nhiệt. Điều này đã dẫn đến các chip ARM hỗ trợ gần như tất cả các thiết bị di động.

Chip x86 của Intel và AMD tốt hơn cho các máy tính để bàn, nơi tiêu thụ điện năng không phải là vấn đề lớn. Chúng cũng được bao gồm trong máy tính xách tay rõ ràng là pin. Tuy nhiên, sức mạnh không phải là nhiều như một phí bảo hiểm như trong điện thoại thông minh, cho phép chip mạnh hơn.

Phần kết luận

Sự khác biệt cấp cao nhất giữa các chip dựa trên sức mạnh và tốc độ. Chip ARM rất tuyệt vời cho các môi trường công suất thấp nhưng thường chậm hơn, trong khi chip x86 hoạt động nhanh nhưng không có ý thức về quyền lực. Tuy nhiên, khái quát hóa cơ bản này đang thay đổi, khi Intel cố gắng sản xuất các phiên bản chip x86 thấp và các chip ARM, như A10 Fusion của Apple, bắt đầu vượt qua các chip máy tính xách tay.