Как разработчик, который часто сталкивается с разными архитектурами чипов ARM и X86 при разработке кода, в этой статье кратко анализируются различия между ними.

ARM и x86 — два наиболее распространенных микропроцессора в области вычислений сегодня. архитектура x86 в основном разрабатывается компаниями Intel и AMD и широко используется на рынках персональных компьютеров и серверов, тогда как ARM-архитектура популярна из-за своей низкой Потребляемость; По мощности и высокой энергоэффективности он доминирует над мобильными устройствами и встраиваемыми системами. С развитием технологий ARM-архитектура также расширяется в область высокопроизводительных вычислений. Хорошим примером является успех чипа Apple M1. Понимание сходств и различий между этими двумя типами Архитектуры имеет решающее значение для разработчиков, особенно когда они сталкиваются с кроссплатформенным программирование По заданию。

архитектура x86

архитектура x86 произошел от процессора 8086, выпущенного Intel в 1978 году. После нескольких лет разработки он сформировал сложную архитектуру набора команд (CISC). архитектура x86характеризуется наличием большого количества регистров общего назначения и сложных режимов адресации.,Поддерживает несколько типов данных и операций.,Это позволяет ему отлично справляться со сложными вычислительными задачами.

ARM-архитектура

ARM — архитектура (первоначально от Acorn Computers design) — сокращенный набор команд Архитектура (RISC), впервые появившийся в процессоре ARM1 в 1985 году. По сравнению с x86 концепция построения ARM-архитектуры заключается в упрощении набора команд и уменьшении количества инструкций. инструкций,улучшать Эффективность исполнение. ARM-архитектура обычно имеет большее количество регистров общего назначения, что упрощает работу компилятора и помогает добиться эффективной и недорогой Потребляемая мощность. Рабочая среда мощности.

Набор инструкций и программирование

Сравнение набора команд

набор инструкций x86

архитектура x86 имеет очень богатый набор инструкций,Содержит тысячи инструкций,Включая сложные операции с плавающей запятой, векторные операции и другие расширенные функции. Этот богатый набор команд позволяет программистам напрямую управлять деталями оборудования.,Но это также может затруднить понимание и поддержку программы.

Набор команд x86 относительно сложен и имеет большое количество расширений набора команд, которые поддерживают инструкции переменной длины, включая 8-битные, 16-битные, 32-битные и 64-битные.

x86 имеет множество регистров, включая регистры общего назначения, регистры сегментов, регистры флагов и т. д. В 64-битных процессорах обычно имеется 16 регистров общего назначения.

Набор инструкций ARM

Набор инструкций ARM относительно прост, и цель разработки — уменьшить количество инструкции и цикл выполнения. Набор инструкций ARM делает упор на фиксированную длину, что делает прогнозирование и конвейерную обработку более эффективными. ARM также поддерживает набор инструкций Thumb, который представляет собой набор команд низкого уровня для Подмножество инструкций для оптимизации устройства мощности, позволяющее еще больше уменьшить размер кода.

Набор инструкций ARM оптимизирован и эффективен, имеет фиксированную длину инструкций (обычно 32 бита) и поддерживает Thumb (16-битный набор команд) и Thumb-2 (32-битный набор команд).

В ARM меньше регистров, обычно 16 регистров общего назначения, 3 регистра состояния и несколько регистров специального назначения.

Примеры программирования

Сравните наборы инструкций ARM и x86 с помощью простой операции сложения.

пример x86

mov eax, 1 ; Загрузить 1 в регистр каждого
add eax, 2 ; Добавьте eax к 2

Пример ARM

ADD r0, #1 ; Добавьте r0 и 1
ADD r0, r0, #2 ; Добавьте r0 и 2

ARM-архитектура использует регистры (например, r0) вместо именованных регистров, таких как eax в x86. также,Инструкция сложения в ARM может использовать в качестве операндов непосредственные значения.,И x86 обычно сначала необходимо загрузить непосредственное значение в регистр.

Модели памяти и типы данных

модель памяти x86

архитектура x86 поддерживает сложные режимы адресации, такие как базовый адрес плюс индекс, базовый адрес плюс индекс плюс смещение и т. д., что делает доступ к массивам и структурам более гибким. Однако эта гибкость может также привести к более сложной оптимизации. компилятора и отладочные работы.

Модель памяти ARM

Модель памяти ARM-архитектуры относительно проста.,Обычно используются регистровая косвенная адресация и адресация со смещением. Эта модель снижает сложность доступа к памяти.,Это также ограничивает некоторые виды оптимизации.,Но в целом это улучшает предсказуемость и переносимость программы.

Оптимизация компилятора и кроссплатформенное программирование

Оптимизация компилятора

архитектура Сложность x86 предоставляет компилятору больше возможностей для оптимизации, таких как перераспределение регистров, отложенное ветвление, развертывание цикла и другие методы повышения производительности кода. Однако это также означает Оптимизацию компилятора Процесс может быть более сложным и требования к программистам выше.

Упрощенный дизайн ARM-архитектуры делает Оптимизацию Компилятор относительно прост, но это также означает, что в некоторых сценариях он не сможет достичь максимальной производительности x86. Однако преимуществом ARM-архитектуры является ее низкая Потребляемая особенность мощности, что особенно важно для мобильных устройств и встраиваемых систем.

кроссплатформенное программирование

кроссплатформенное Программирование является серьезной проблемой в современной разработке программного обеспечения, особенно в приложениях, которые требуют взаимодействия с базовым оборудованием. ARM и архитектура x86Разница означает, что один и тот же фрагмент исходного кода может потребовать разной компиляции иоптимизация Стратегия。Например,Приложения, написанные на C/C++, обычно необходимо компилировать для каждой Архитектуры.,Языковые платформы высокого уровня, такие как Java или .NET, облегчают это бремя за счет уровня байт-кода или промежуточного языка.