很难想象这一个房间里只是一台计算机

1946年，世界上第一台计算机在美国宾夕法尼亚大学诞生。占地面积超过150平米，妥妥的大平层。

此后很长一段时间，计算机都是存放在机房中，价值极其昂贵的大型设备。

当时的计算机功能极其简陋，只能做些加减乘除的简单运算。但毫无疑问，因为这台计算机，全世界进入了一个崭新的时代。

我们可以想象一下看到天河或者神威太湖之光这类超级计算机的心情，就大致可以理解当时人们对于计算机的感觉了。

天河二号，国内超级计算机

随后的几十年里，“计算机之父”冯·诺依曼关于计算机五大部件（输入设备、存储器、运算器、控制器、输出设备）的体系结构得到了业界广泛的认可。

嵌入式系统

计算机最初是以真空电子管作为逻辑运算的硬件设备，而以磁带、磁芯为存储设备。因此占据的空间非常大。

电子管，这些“玻璃制品”不仅易碎而且体型臃肿

用磁带存储，有限的空间下数量增加成为必然

1954年硅晶体管出现，计算机开始用晶体管代替电子管，逐渐“瘦身”。计算能力也大为提升，开始进入工业控制领域。

1958年，还在仙童半导体，后来成为Intel创始人的诺伊斯发明了硅集成电路。

集成电路顾名思义，就是将原本使用线连接的存储器、运算器、控制器等部件集成在一起，构成一个完整的电路。这为后来微处理器的诞生打下了坚实的基础。

Intel 4004微处理器

1971年，Intel发布第一款商用微处理器4004，标志着计算机正式进入微型机（这个微型是相对150的大平层而言）时代。

嵌入式系统的概念就是从这个时候出现的。

人们把那种嵌入对象体内，用来控制对象的计算机称为嵌入式计算机。

由于嵌入式和通用计算机的区别，两者有着完全不同的技术要求和发展方向。

通用计算机通常对性能和运算能力有更高的要求。目标是解决那些极为复杂的计算问题。而嵌入式计算机则因为受到嵌入对象的空间限制，无法完成复杂的功能，所以主要以智能化的控制为主。

1978年，著名的x86架构在Intel的8086处理器上诞生。

IBM第一台PC

1981年，IBM第一台PC诞生，使用的是Intel专门为IBM定制开发的8088处理器。

从计算机的五大部件上来看，它和我们现在使用的电脑并没有什么区别。

输入设备：键盘

存储器：内存

运算器+控制器：CPU

输出设备：显示器

硬件+操作系统+应用软件=计算机系统。而由于嵌入式计算机的特点和各方面技术的限制，如何更简单的控制，如何减小嵌入式计算机的体积才是嵌入式系统研究的重点。

ARM，面向嵌入式发展

1985年，ARM架构正式诞生。

由于ARM架构是基于RISC精简指令集设计，加之当时的集成电路、存储等技术还不够发达，所以ARM架构下的CPU并不追求高性能，而是以低功耗为特点。这正好符合嵌入式计算机的要求。

嵌入式系统在市场上的应用非常广泛。小到鼠标、键盘、玩具，大到汽车、火车、飞机都需要嵌入式计算机帮助完成某些阶段性的控制。

而ARM公司以独特的技术授权的方式推广他们的微处理器技术，无疑是降低了这一尖端领域的门槛。世界各行各业都有很多公司拥有ARM的不同级授权。

ARM Cortex-A15处理器

这不仅让ARM更专注于技术研发，而且也推动了嵌入式系统的发展。

随着社会的不断发展进步，计算机处理内容逐渐多样化。文字、图片、视频，从简单到复杂的需求都时时刻刻存在。

集成电路也随之发展到了SOC（片上系统）阶段。

异构模式

为了与通用计算机领域的Intel差异化竞争，ARM逐渐将精力集中在移动终端领域。其研究的异构模式在嵌入式系统领域大放异彩。

解释异构之前，我们先来说说Intel和AMD的多核CPU。

在通用计算机系统领域，无论是几核CPU，每一个内核彼此的性能都是一样的。多核可以同时工作，也可以单独工作。但是，由于内核一样，所以即使处理简单的运算也需要一个内核工作。容易造成性能冗余和功耗浪费。

ARM的异构模式

而ARM允许多个不同性能的内核组合构成CPU。这样一来，如果只是处理简单的文字，就可以使用功耗更低的小型内核。而处理复杂计算则会挑选更强的内核。这样一来，CPU整体功耗自然就更低，而性能上也没有多少损失。

这就是异构模式。

异构模式下的ARM架构的CPU，唯一无法与Intel x86架构下CPU相比的就是，在高复杂度的计算下要更弱一些。但它在市场上应用的广泛程度却是x86架构下的CPU无法比拟的。

总的来说，ARM从架构到公司再到CPU，都非常契合嵌入式系统的特点，几乎就是为它而生的。

预告：《芯片有话说》第五篇：集成电路SoC,芯片的误区？