隨著蘋(píng)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(kāi)始的時(shí)候：TV

　　ARM處理器控制全世界超過(guò)1300億個(gè)設(shè)備，如果沒(méi)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(guó)廣播公司（BBC）試圖對(duì)英國(guó)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(guó)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(guó)對(duì)美國(guó)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(méi)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(yǔ)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?chǎng)上沒(méi)有任何東西能夠真正滿足BBC的愿望。

　　因此，英國(guó)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(kāi)始開(kāi)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(ài)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(kāi)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(kāi)始計(jì)劃將Atom的繼任者開(kāi)發(fā)成后來(lái)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(guò)驗(yàn)證的6502和一個(gè)尚未確定的16位CPU。

　　Acorn后來(lái)放棄了該CPU，但保留了一個(gè)稱為T(mén)ube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(lái)沒(méi)有人真正弄清楚過(guò)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(guó)廣播公司（BBC Micro）證明了Acorn的巨大成功，在1980年代成為英國(guó)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(jìng)爭(zhēng)，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(jiàn)的National Semiconductor 32016。

　　但是，這些芯片都沒(méi)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(lái)說(shuō)，這將是一個(gè)非常糟糕的決定。

　　Acoren接下來(lái)做出了自己設(shè)計(jì)CPU的決定。受Western Design Center（正在開(kāi)發(fā)新的6502版本的公司）的精益運(yùn)營(yíng)以及有關(guān)一種名為簡(jiǎn)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(lái)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(zhǎng)，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(jiǎn)單，可以更快地執(zhí)行簡(jiǎn)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(cè)試平臺(tái)，Acorn開(kāi)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(kāi)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(jiǎn)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(shuō)明ARM本身的相對(duì)簡(jiǎn)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(kāi)始四處尋找一種功能強(qiáng)大的CPU將手寫(xiě)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(méi)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(píng)果和Acorn的芯片合作伙伴VLSI與Acorn合作，將ARM部門(mén)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(píng)果大量資源，ARM將開(kāi)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(píng)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(wú)論它們來(lái)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(píng)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(lái)自不太可能的來(lái)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(kāi)端使其比起英特爾/ AMD的近乎生物壟斷的感覺(jué)，更像是一個(gè)絕無(wú)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?guó)人感到自己被計(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(shì)的英國(guó)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?tīng)電話，他們自己做了。這款內(nèi)部CPU恰好沒(méi)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(kāi)始，公司繼續(xù)占領(lǐng)整個(gè)世界。