技术博文丨ARM和PowerPC分析

ARM：

1. 公司名

2. 技术名

3. 微处理器架构
   ARM公司是一家知识产权供应商，ARM公司与其他半导体公司不一样，ARM公司不生产制造芯片跟不会出售芯片，而是转让涉及方案，由其他半导体公司生产芯片，这种模式不仅给合作公司带来很大的收益，同时也给用户带来巨大的好处，因为用户只需掌握一种ARM内核结构及其开发手段，就可以使用多加公司生产的ARM处理器。在开发中有及其重要的意义。
   ARM处理器是低功耗低成本的第一款RISC精简指令集微处理器，全称为Advanced RISC Machine。
   ARM处理器的特点是：
   1、体积小、低功耗、低成本、高性能；
   2、支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好的兼容8位/16位器件；
   3、大量使用寄存器，指令执行速度更快；
   4、大多数数据操作都在寄存器中完成；
   5、寻址方式灵活简单，执行效率高；
   6、指令长度固定。
   处理器工作模式 
   用户模式(usr) ARM处理器正常的程序执行状态
   系统模式(sys) 运行具有特权的操作系统任务
   快中断模式(fiq) 支持高速数据传输或通道处理
   管理模式(svc) 操作系统保护模式
   数据访问终止模式(abt) 用于虚拟存储器及存储器保护
   中断模式(irq) 用于通用的中断处理
   未定义指令终止模式(und) 支持硬件协处理器的软件仿真
   除用户模式外，其余6种模式称为非用户模式或特权模式；用户模式和系统模式之外的5种模式称为异常模式。ARM处理器的运行模式可以通过软件改变，也可以通过外部中断或异常处理改变
   ARM处理器家族：
   Cortex-A 系列：
   针对开放式操作系统的高性能处理器，应用于智能手机，数字电视，智能本等高端运用。
   一般使用操作系统，不单独跑裸机。常见的操作系统linux、Android
   Cortex-R 系列：
   针对实时系统、满足实时性的控制需求，应于汽车制动系统，动力系统等。
   Cortex-M 系列：
   为单片机驱动的系统提供的低成本优化方案，应用于传统的微控制器市场，智能传感器，汽车周边部件等。

PowerPC：

PowerPC(Performanc Optimization With Enhanced RISC–Performance Computing）是一种精简指令集（RISC）架构的中央处理器（CPU），其基本的设计源自IBM的POWER（Performance Optimized With Enhanced RISC，即增强RISC性能优化）架构。POWER是1991年，Apple、IBM、Motorola组成的AIM联盟所发展出的微处理器架构。PowerPC是整个AIM联盟平台的一部分，并且是到目前为止唯一的一部分。但苹果电脑自2005年起，将旗下电脑产品转用Intel CPU。PowerPC处理器有广泛的应用，包括像Power4那样的高端服务器CPU和嵌入式CPU市场。PowerPC 处理器有非常强的嵌入式表现，因为它具有优异的性能、如低功耗低产热。除了像串行和以太网控制器那样的集成 I/O，该嵌入式处理器与台式机CPU存在非常显著的区别。例如，4xx 系列PowerPC 处理器缺乏浮点运算，并且还使用一个受软件控制的 TLB进行内存管理，而不是像台式机芯片中那样采用反转页表。PowerPC处理器有32个（32 位或 64 位）GPR（通用寄存器）以及PC（程序计数器）、LR（链接寄存器）、CR（条件寄存器）等各种其它寄存器。有些PowerPC CPU 还有 32 个 64 位 FPR（浮点寄存器）。

Power PC家族有三条产品线，分别是嵌入式的Power PC 400系列，Power PC 700和Power PC 900系列。
1．Power PC 600系列

Power PC 601是Power PC 600系列中的第一款，它综合了POWER和Power PC架构的特点，并且尽量保持与POWER 1和随后的其他Power PC芯片的兼容性（即使是同一系列的芯片，也存在兼容性问题），甚至与摩托罗拉的88110兼容。苹果公司用Power PC 601在1994年制造了Power Mac 6100，66 MHz CPU主频。此系列下一个芯片是603，低端、低功耗的处理器，大量使用在汽车上。与Power PC 603®同日登场的还有PowerPC 604®，是更强大的处理器，随之的是“加强版”的603e和604e。在此之后，第一款64位Power PC——Power PC 620®在1995年被发布。

2．Power PC 700系列

在 1998年，出现了Power PC 740和Power PC 750，与604e非常相像，甚至一些人说600/700两个系列根本就是一回事。Power PC 750是第一款铜导线处理器，苹果公司用它生产了G3，但很快就被G4所取代，使用的是摩托罗拉7400。在2002年发布的32位的Power PC 750FX曾经震惊业界，因为它是第一款达到1GHz主频的处理器，IBM在2003年紧跟着推出了750GX，集成了1MB片上二级缓存，也是1GHz 主频，大约7瓦功耗。

3．Power PC 900系列

64位的Power PC 970，实际上是单处理器内核的POWER 4，可以同时执行200条指令，最高达到2 GHz以上的主频，而仅仅消耗十数瓦的电力。低功耗使它被大量用于笔记本电脑和手持设备上，还有一些高密度的存储、服务器（例如刀片中心）也在使用它。 64位处理能力，单指令多数据流设计使它更适合于多媒体、图形处理。苹果公司的台式机、Xserve服务器，以及其他一些图形、网络设备，都在使用这款处 理器。例如苹果Xserve G5就使用了Power PC 970FX，也是第一款同时使用了应变硅、硅绝缘两项技术的芯片。
4．Power PC 400 系列

这一款芯片主要用于嵌入式系统，但Power PC灵活的架构使它可以被用于从机顶盒这样的小设备到蓝色基因超级计算机。在产品线的一端，Power PC 405EP在200MHz主频仅消耗1瓦的电力，而铜导线的Power PC 440在800 MHz主频可以提供同类型嵌入式芯片中最高的性能。这款芯片也有许多旁支，例如利用Power PC 440GX的双Gigabit Ethernet和TCP/IP加速功能可以降低网络应用程序50%以上的负载。围绕Power PC 400内核，有许多具体实现，用于建造蓝色基因超级计算机的处理芯片就是包含了两个Power PC 440处理器内核和两个浮点处理内核。