ARM公司

公司起源

参考：https://zhuanlan.zhihu.com/p/430656017
1978年底，物理学家Hermann Hauser和工程师Chris Curry，在英国剑桥创办了CPU公司(Cambridge Processing Unit)，主要业务是为当地市场供应电子设备。1979年，CPU公司改名为Acorn计算机公司。

1981年，Acorn计算机公司迎来了一个难得的机遇 。英国广播公司BBC，为提高英国电脑普及水平，打算制作一档节目，他们希望Acorn能生产一款与之配套的电脑。英国政府也参与其中，这意味着电脑一旦采购，将进入英国的每一间教室。

在Acorn计算机公司即将大展身手之际，他们很快发现，自己设计的产品硬件并不能满足需求。因为当时中央处理器的发展潮流，正在从8位变成16位。但Acorn并没有合适的芯片可以用。

起初，Acorn计算机公司在验证了市面上的主流芯片后，由于各种缺陷不能满足要求而苦恼。于是，他们打算去找当时如日中天的Intel，希望对方提供一些80286处理器的设计资料和样品。但是却遭到了拒绝。备受打击的Acorn公司，一气之下决定自己干，从头开始造芯片
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——精简指令集，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
对于这块芯片，Acorn给它命名为Acorn RISC Machine。Acorn是公司名称，Machine是机器，RISC是精简指令集。嗯，这就是大名鼎鼎的“ARM”三个字母的由来。

RISC研发方向

RISC的全称是”精简指令集计算机”（reduced instruction set computer），它支持的指令比较简单，所以功耗小、价格便宜，特别适合移动设备。早期使用ARM芯片的典型设备，就是苹果公司的牛顿PDA。“简化指令集”，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，逐渐开发出指令单一，但可以做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去执行就可以了。

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％。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。

最后，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。

ARMv8

ARMv8起源

历史总是诡谲荒诞，原来被Intel最瞧不起的移动端市场业务，竟然在苹果iPhone问世以后，呈现井喷式的爆发增长起来。获利最大的公司之一，当属ARM。因为此时的ARM早已调整了业务方向，改为IP授权的方式，将自己的ARM设计卖给全球的芯片设计和制造公司。

后面的事情大家都知道了，苹果安卓两家在全球移动端市场平分江山，以ARM的IP为核心的芯片充斥到我们生活的方方面面。并且在芯片制程技术的快速发展下，以及ARM公司的不断努力，手机移动端的处理器性能在不断拔高。彼时，已经出现使用ARM芯片的电脑和服务器了。微软非常机智，很快就发布了适配ARM架构的windows操作系统。

与此同时，新的趋势正在酝酿，主要包括大内存（Large Memory）、虚拟化（Virtualization）和安全（Security）。Virtualization在ARMv7上已经有简单的硬件实现，Security也有可能基于当前架构扩展，唯有Large memory的需求，有点棘手。

由于处理器性能越来越强，运行于其上的软件也来越复杂，复杂到单一应用对内存的需求可能超出32-bit架构所能支持的最大内存(4G)，这就是Large memory需求的起因。不过，后来的ARMv7架构通过Large Physical Address Extensions (LPAE) 技术，可以支持高达40bits的物理地址空间。但受限于32-bit的指令集，虚拟地址空间依旧只有32bits（4G），如果有应用需要更大的虚拟内存，怎么办？只能定义一个新的架构，使用64-bit的指令集(ARM64)。

ARMv8诞生

既然要做高性能的处理器，那么在指令集和架构设计上，就要丢弃原本ARM指令集的一些设计和包袱。但是又因为ARM的通用性，几乎现在所有的电子端设备都可以看到ARM的身影，于是ARM又保留了向下兼容的特性。

不仅如此，ARM还放弃了早期的处理器核心命名规范，改用全新的cortex系命名规则，并对指令集划分三个方向，分别面向高端、中端、低端三大市场。 中低端芯片在ARMv6、ARMv7指令集架构时代就已见势头，真正看ARM雄厚的芯片设计能力，在高性能端处理器上展现的，还得是ARMv8指令集架构。

ARMv8指令集，同样分了三个系列，ARMv8-A、ARMv8-R、ARMv8-M。由于这里篇幅有限，我们只讨论ARMv8-A架构。那么接下来，就带领大家看看ARMv8架构的精巧设计。