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Arm小传:40年成就的半导体巨头(上)

助工
2019-05-20 19:57:09    评分

1978年,一家名字叫CPU的公司,悄悄在英国剑桥诞生。

不要惊讶,这个CPU,和我们经常所说的电脑里那个CPU是两回事。

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CPU公司的全称,是Cambridge Processor Unit,字面意思是“剑桥处理器单元”。

CPU公司的创始人,是一个名叫Hermann Hauser的奥地利籍物理学博士,还有他的朋友,一个名叫Chris Curry的英国工程师。

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CPU公司成立之后,主要从事电子设备设计和制造的业务。他们接到的第一份订单,是制造赌博机的微控制器系统。

这个微控制器系统被开发出来后,称之为Acorn System 1。

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1979年,在经营逐渐进入轨道之后,这家公司给自己换了个名字,叫做Acorn Computer Ltd

Acorn是什么意思?橡子。对,就是冰河世纪里面,那只松鼠一直在追的那个东东。

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Acorn Computer Ltd公司的商标,里面就有一个橡子。

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之所以叫Acorn,还有一个有趣的说法,就是因为他们想在电话黄页里排在Apple(苹果)公司的前面。。。

在Acorn System 1之后,他们又陆续开发了System 2、3、4,还有面向消费者的盒式计算机——Acorn Atom。

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到了1981年,公司迎来了一个难得的机遇——英国广播公司BBC打算在整个英国播放一套提高电脑普及水平的节目,他们希望Acorn能生产一款与之配套的电脑。

这个计划非常宏大,英国政府也参与其中(购机费的一半将由政府资助),电脑一旦采购,将进入英国的每一间教室。

接下这个任务之后,Acorn就开始干了起来。结果,很快他们就发现,自己产品的硬件设计并不能满足需求。当时,中央处理器的发展潮流,正在从8位变成16位。Acorn并没有合适的芯片可以用。

一开始,他们打算使用美国国家半导体和摩托罗拉公司的16位芯片。但是,经过评估后,他们发现了两个缺陷:

第一,芯片的执行速度有点慢,中断的响应时间太长。

第二,售价太贵,一台500英镑的电脑,处理器芯片就占到100英镑。

于是,他们打算去找当时如日中天的英特尔(Intel),希望对方提供一些80286处理器的设计资料和样品。然而,英特尔冰冷地拒绝了他们。

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备受打击的Acorn公司,一气之下决定自己干,自己造芯片。

当时,Acorn公司的研发人员从美国加州大学伯克利分校找到了一个关于新型处理器的研究——简化指令集,恰好可以满足他们的设计要求。

在此基础上,经过多年的艰苦奋斗,来自剑桥大学的计算机科学家Sophie Wilson和Steve Furber最终完成了微处理器的设计。

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对于这块芯片,Acorn给它命名为Acorn RISC Machine

嗯,这就是大名鼎鼎的“ARM”三个字母的由来。

Acorn是公司名称,Machine是机器,那RISC是什么意思呢?

前面说过,他们是基于“简化指令集”技术做出的芯片。RISC的意思,就是简化指令集计算机,Reduced Instruction Set Computer。

注意!前方灰色字体高能预警,非技术控请直接跳过。。。

这里解释一下,到底“简化指令集”有什么意义。

它是相对于“复杂指令集(CISC,complex instruction set computer)”的一个概念。

早期的处理器都是CISC架构(包括英特尔的处理器),随著时间推移,有越来越多的指令集加入。由于当时编译器的技术并不纯熟,程序都会直接以机器码或是组合语言写成,为了减少程序的设计时间,逐渐开发出单一指令,复杂操作的程序代码。设计师只需写下简单的指令,再交给CPU去执行。

但是后来有人发现,整个指令集中,只有约20%的指令常常会被使用到,大约占了整个程序的80%;剩余80%的指令,只占了整个程序的20%。(典型的二八原则)

于是,1979年美国加州大学伯克利分校的David Patterson教授提出了RISC的想法,主张硬件应该专心加速常用的指令,较为复杂的指令则利用常用的指令去组合。

简单来说,CISC任务处理能力强, 适合桌面电脑和服务器。RISC通过精简CISC指令种类,格式,简化寻址方式,达到省电高效的效果,适合手机、平板、数码相机等便携式电子产品。

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当时研发出来的第一款处理器芯片的型号,被定为 ARM1

我们来对比一下ARM1和当时Intel的80286处理器(也就是常说的286):

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可以看出来,ARM1和80286各有所长。

但是,就在同一年,1985年10月,英特尔发布了80386。在80386面前,ARM1就只有被吊打的份了。

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让ARM直接在性能上和x86系列硬杠,显然是不现实的。ARM有意无意地选择了与Intel不同的设计路线——Intel持续迈向x86高效能设计,ARM则专注于低成本、低功耗的研发方向。

扯远了,继续回来说BBC要的那款电脑。

前面说了,BBC在1981年就提出需求,如果等到1985年ARM1出来,那岂不是黄花菜都凉了?

所以,在ARM1问世之前,Acorn其实已经提供了解决方案给BBC。

当时,Acorn的电脑,临时采用了MOS 6502处理器(由MOS科技研发的8位微处理器)。

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这款电脑一开始取名Proton,后来被改名为BBC Micro

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到了 1984 年,大约80%的英国学校都配有这款电脑。Acorn公司彻底在大英帝国老百姓面前刷了一把存在感。

后来,ARM处理器被研发出来之后,用在了BBC Micro的后续型号中。

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在ARM1之后,Acorn陆续推出了好几个系列,例如ARM2,ARM3。

时间又继续往前推移。

1990年,Acorn为了和苹果合作,专门成立了一家公司,名叫ARM

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注意,这里的ARM是公司名称,不是芯片名称。这个ARM的完全拼写也不一样,是Advanced RISC Machines。

前面的芯片名称:Acorn RISC Machine

现在的公司名称:Advanced RISC Machines

ARM是一家合资公司,苹果投了150万英镑,芯片厂商VLSI投了25万英镑,Acorn本身则以150万英镑的知识产权和12名工程师入股。

尽管如此,ARM的起步还是比较寒酸。他们最开始的办公地点,是一个谷仓。。。

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不过,谷仓的内部环境还算不错。

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在成立后的那几年,ARM业绩平平,工程师们也人心惶惶,害怕随时都会失业。

在这个情况下,ARM决定改变他们的产品策略——他们不再生产芯片,转而以授权的方式,将芯片设计方案转让给其他公司,即“Partnership”开放模式。

没想到正是这种模式,开创了属于ARM的全新时代。

转帖自网络



菜鸟
2019-05-20 21:25:41    评分
2楼

真好


专家
2019-05-22 08:41:35    评分
3楼

CPU公司的全称,是Cambridge Processor Unit,字面意思是“剑桥处理器单元”。


高工
2019-05-22 11:44:32    评分
4楼

ARM三十年,已经成为巨无霸了


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